JP2004351589A - ロボットの関節構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】アーム体の回転にかかわらずに外表面として露出する露出部分を一定にするとともに、可能領域を広くするロボットの関節構造を提供する。
【解決手段】各対向面３０が同一な円形に形成されるので、各アーム体２１，２２および関節体２３が外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。アーム体２１，２２の回転にかかわらず露出部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体２１，２２を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。また関節体２３を楕円筒に形成することによって、関節体２３は、短径方向４１について、アーム体２１，２２から半径方向外方に突出することをなくすことができる。これによって占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットの可能領域を広げることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】各対向面３０が同一な円形に形成されるので、各アーム体２１，２２および関節体２３が外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。アーム体２１，２２の回転にかかわらず露出部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体２１，２２を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。また関節体２３を楕円筒に形成することによって、関節体２３は、短径方向４１について、アーム体２１，２２から半径方向外方に突出することをなくすことができる。これによって占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットの可能領域を広げることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方のアーム体を他方のアーム体に対して、円錐回転可能に連結する関節体を有するロボットの関節構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来技術のロボット３の一部を示す斜視図である。ロボット３は、連結される２つのアーム体１，２を有する。一方のアーム体１は、他方のアーム体２に対して円錐回転可能に連結される。これによって一方のアーム体１は、各アーム体１，２の軸線Ｌ１，Ｌ２に所定角度傾斜した回転軸線Ｌ３まわりに回転する。ロボット３は、一方のアーム体１に設けられる対象物を、目標とする位置に移動する（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
またこのようなロボットのうち、各アーム体１，２の直列方向に挿通する中空空間が形成され、この中空空間に電源配線および信号配線などが配設されるものがある（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６−１６３６２４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２５８８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、各アーム体１，２が同軸となる状態から一方のアーム体１が他方のアーム体２に対して回転した状態を示す斜視図である。各アーム体１，２が相互に回転すると、各アーム体１，２に形成される先鋭な部分４，５が半径方向外方に突出する。このとき、先鋭な部分４，５が他の装置に衝突して他の装置が傷つくおそれがある。またロボットが移動停止した場合であっても、人が先鋭な部分４，５に触れることがあり、人への親和性が妨げられる。
【０００６】
また各アーム体１，２が相互に回転すると、各アーム体１，２の対向面６，７は、各アーム体１，２の回転に応じて露出したり隠れたりする。したがってアーム体１，２の対向面６，７に埃や雑菌が付着すると、埃や雑菌を除去することが困難である。これによってクリーンルームおよび滅菌ルームなどで、ロボット３を用いることが困難である。
【０００７】
また特許文献２では、アーム体の回転に関わらず、外表面として露出する露出部分が一定となる関節構造が開示されている。この関節構造は、ロボットに付着した埃や雑菌の除去が容易となる。しかしながら関節体が、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出しているので、関節体によって余分な突出部分が形成される。この突出部分が他の装置および壁面などと干渉してしまい、狭隘領域におけるロボットの可能領域が狭くなるという問題がある。
【０００８】
したがって本発明の目的は、アーム体の回転にかかわらずに外表面として露出する露出部分を一定にするとともに、可動領域を広くするロボットの関節構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、かつ固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円形に形成されることを特徴とするロボットの関節構造である。
【００１０】
本発明に従えば、各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面における外周形状が円形に形成されるので、ロボットの外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。また各対向面は、固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面における外周形状が、前記楕円形に形成される。これによって各対向面は、アーム体の軸線に垂直な仮想平面における前記楕円の短径方向について、アーム体から半径方向外方に突出することがない。したがって特許文献２に示すような、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出する関節体が形成される場合に比べて、関節構造の占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。また特許文献２に比べて、体積を軽減することによって、ロボットの軽量化が可能となる。
【００１１】
また本発明は、第１および第２連結部は、固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円筒に形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、第１および第２連結部が前記楕円筒に形成されることによって、各連結部は、アーム体の軸線に垂直な仮想平面における前記楕円の短径方向について、アーム体から半径方向外方に突出することがない。また外周面を滑らかにすることができる。また各アーム体および各連結部に配線が連通するための内部空間が形成される場合には、各アーム体の内部空間よりも、関節体の内部空間を大きくすることができる。これによって各配線が屈曲するために必要な空間を形成することができ、各配線を屈曲させやすくすることができる。
【００１３】
また本発明は、第１および第２連結部の外周面は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、アーム体の半径方向内方に向かって傾斜してアーム体に連なることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、各連結部は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、第２仮想平面における外形形状が小さくなる。これによって各連結部の外周形状がアーム体の軸線に沿って一様な場合に比べて、アーム体から突出する突出量を低減することができる。また各連結部とアーム体とを滑らかに連ねることができる。これによって人がロボットに触れるような場合であっても、人との親和性を向上することができる。また関節体とアーム体とが連結される部分に、埃および雑菌などが付着したとしても容易に除去することができる。
【００１５】
また本発明は、円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、
第１および第２連結部によって構成される関節体は、回転楕円体に形成され、この回転楕円体は、回転軸線と同軸となる短軸を有する楕円がその短軸まわりに回転して形成される外周面を有することを特徴とするロボットの関節構造である。
【００１６】
本発明に従えば、各対向面は、第１仮想平面における外周形状が円形に形成されるので、ロボットの外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。さらに関節体は、前記回転楕円体に形成されることによって、滑らかな曲面からなる外表面を形成することができる。これによって人がロボットに触れるような場合であっても、人との親和性を向上することができる。またロボットに埃および雑菌が付着しにくくすることができ、付着したとしても容易に除去することができる。さらに関節体が球体に形成される場合に比べて、占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。また体積を軽減することによって、ロボットの軽量化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、ロボットの関節構造２０を示す斜視図である。図１は、第１アーム体２１と第２アーム体２２とが同軸となる状態を示し、図２は、第１アーム体２１が第２アーム体２２に対して屈曲した状態を示す。ロボットは、複数のアーム体２１，２２を有する多関節ロボットである。ロボットは、一方のアーム体を他方のアーム体に対して屈曲させて、一方のアーム体に設けられる対象物を移動させる。
【００１８】
ロボットは、関節構造として第１アーム体２１と、第２アーム体２２と、関節体２３とを含む。各アーム体２１，２２は、円筒状に形成される。関節体２３は、各アーム体２１，２２を、回転軸線Ｌ３まわりに相互に回転可能に連結する。この回転軸線Ｌ３は、各アーム体２１，２２の軸線Ｌ１，Ｌ２に対して傾斜する。これによって第１アーム体２１は、第２アーム体２２に対して円錐回転可能となる。なお本発明では、回転は、角変位する場合も含む。
【００１９】
関節体２３は、回転軸線Ｌ３に垂直な仮想平面に関して両側に２分割される。２分割される関節体２３のうちの一方が第１連結部２４となり、他方が第２連結部２５となる。本実施の形態では、第１連結部２４と第２連結部２５とは、同一形状に形成される。第１連結部２４は、第１アーム体２１に固定され、第２連結部２５は、第２アーム体２２に固定される。各連結部２４，２５は、回転中心Ｐまわりに相互に回転可能に連結される。回転中心Ｐは、回転軸線Ｌ３と各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２とが交差する交点である。
【００２０】
図３は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを拡大して示す斜視図である。図４は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ１から見た正面図である。図５は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ２から見た側面図である。図６は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ３から見た平面図である。
【００２１】
図３に示すように、第２連結部２５は、楕円筒状に形成される。第２連結部２５は、回転軸線Ｌ３に垂直な第１仮想平面Ｆ１上における外周形状が、回転軸線Ｌ３を中心とする円形に形成され、かつ第２アーム体の軸線Ｌ２に垂直な第２仮想平面Ｆ２上における外周形状が楕円形に形成される。
【００２２】
第２連結部２５は、その軸線方向一端部に対向面３０が形成される。対向面３０は、回転軸線Ｌ３に垂直に延びる平面に形成される。第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外周形状は、前記回転中心Ｐを中心とする円形に形成される。
【００２３】
また第２連結部２５は、その軸線方向他端部に連結面３１が形成される。連結面３１は、第２アーム体の軸線Ｌ２に垂直な平面に形成され、第２アーム体２２が垂直に連結される。
【００２４】
図６に示すように、第２仮想平面Ｆ２における第２連結部２５の外周形状は、上述したように楕円形に形成される。この楕円は、その短径Ｈ１が第２アーム体２２の外径Ｄ１と等しく選ばれ、長径Ｈ２が第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外径Ｄ２と等しく選ばれる。ここで短径Ｈ１は、楕円の短軸の長さであり、長径Ｈ２は、楕円の長軸の長さである。以下、第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外径Ｄ２を単に対向面３０の外径Ｄ２と称する。
【００２５】
図５に示すように、対向面３０の前記外径Ｄ２および前記長径Ｈ２は、Ｄ１×ｓｅｃ αとなる。ここでＤ１は、第２アーム体２２の外径Ｄ１であり、ｓｅｃ αは、対向面３０が第２アーム体の軸線Ｌ２に対して傾斜する傾斜角度αの正割関数である。このように形状が決定されることによって、第２連結部２５は、第２仮想平面Ｆ２の短径方向４１について、第２アーム体２２から半径方向外方に突出することがない。なお短径方向４１は、楕円の短軸が延びる方向と平行な方向であり、長径方向４２は、楕円の長軸が延びる方向と平行な方向である。
【００２６】
たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径Ｄ１が１００ｍｍの場合、対向面３０の外径Ｄ２は、１４１．４２ｍｍとなる。また第２連結部２５の第２仮想平面Ｆ２における外形形状が、短径Ｈ１が１００ｍｍ、長径Ｈ２が１４１．４２ｍｍとなる楕円に形成される。
【００２７】
また第２連結部２５は、前記回転中心Ｐから第２アーム体の軸線Ｌ２に沿って所定長さＨ３延びて、第２アーム体２２に連なる。所定長さＨ３は、ｒ×ｔａｎα以上である。ここでｒは、第２アーム体２２の半径であって、ｔａｎ αは、傾斜角度αの正接関数である。また第２連結部２５は、第２アーム体の軸線に沿って延びる高さ寸法Ｈ４が、２ｒ×ｔａｎ αと一致することが好ましく、これによって第２連結部２５の高さ寸法Ｈ４を小さくすることができる。
【００２８】
前述したように本実施の形態では、第１連結部２４も第２連結部２５と同様の形状を有する。したがって第１連結部２４についての説明を省略する。各連結部２４，２５は、各対向面３０が互いに対向して、同軸に配置される。各対向面３０は、それらの回転中心Ｐが回転軸線Ｌ３に沿って並び、互いに摺動回転可能に連結される。
【００２９】
したがって第１および第２連結部２４，２５によって構成される関節体２３は、図１に示すように、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２が同軸となる状態で、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２と同軸に延びる楕円筒形状に形成される。この楕円筒は、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に沿って一様な外周形状を有し、両端面が各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直に形成される。また各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径が各アーム体の外径Ｄ１に等しく形成され、長径が対向面３０の外径Ｄ２と等しい楕円に形成される。
【００３０】
またロボットは、第１アーム体２１と第２アーム体２２とを回転軸線Ｌ３まわりに回転駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段をさらに有する。たとえば駆動手段は、サーボモータであり、制御手段は、ロボットコントローラである。サーボモータは、各アーム体２１，２２のいずれかに内蔵され、回転伝達機構を介して、第１アーム体２１を第２アーム体２２に対して回転軸線Ｌ３まわりに回転駆動する。またロボットコントローラによってサーボモータが制御されて、第１アーム２１が第２アーム２２に対して移動する。
【００３１】
各アーム体２１，２２および関節体２３は、各アーム体２１，２２の直列方向に連通する内部空間が形成される。この内部空間に電源配線および信号配線などの各配線が配設される。
【００３２】
本発明の関節構造２０を備えるロボットは、クリーンルームおよび滅菌ルームなどの雰囲気が調整される空間で作業を行うために用いられる。たとえばロボットは、細胞の培養などのバイオメディカル分野における作業を熟練作業者に代わって行う。そのほかロボットは、看護士補助ロボットおよび手術支援ロボットなど人間とともに協働作業を行うために用いられてもよい。
【００３３】
以上のように本発明の実施の一形態である関節構造２０によれば、第１仮想平面Ｆ１における各対向面３０の外周形状が円形に形成される。各対向面３０が回転中心Ｐまわりに摺動回転することによって、各対向面３０が外表面として露出することなく、外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。したがってアーム体２１，２２の回転によって外方に露出したり隠れたりする露出遮蔽部分をなくすことができる。
【００３４】
露出遮蔽部分は、埃および雑菌が付着しやすい。本発明では、この露出遮蔽部分をなくすことができ、可及的に埃および雑菌を付着しにくくすることができる。またアーム体の回転にかかわらず露出する部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。また外方空間に各配線が露出することがないので、埃および細菌をさらに付着しにくくすることができる。したがってロボットを清潔に保つことができる。
【００３５】
ロボットは、その内部空間と外方空間とが連通することを塞ぐようにシールされる。たとえば第１連結部２４と第２連結部２５とは、内部空間と外方空間とがシールされた状態で、互いに回転可能に設けられる。したがって仮に内部空間に埃および雑菌などが存在しても、それらが内部空間から外方空間に向かって移動することがない。
【００３６】
またアーム体２１，２２にサーボモータが内蔵されるので、特許文献２に示すように関節体２３に駆動源を内蔵する必要がない。これによって関節体２３の内部空間を十分に確保することができる。したがって各連結部２４，２５を挿通する各配線は、各連結部２４，２５の内部空間で大きい曲率半径を有して変形することができ、アーム体が回転した場合であっても、無理なく各配線を変形させることができる。また各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２と連結面３１とを垂直に形成することによって、各アーム体２１，２２の連結側端部に複雑な加工をする必要がなく、各アーム体２１，２２と関節体２３とを容易に連結することができる。
【００３７】
また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。これによって、万が一関節体２３が他の装置などに衝突したとしても、他の装置が傷つくことを防ぐことができる。また鋭利な部分が生じることがないので、人間との協働作業における安全性を向上することができる。
【００３８】
さらに関節体２３を前述したような楕円筒状に形成することによって、関節体２３が、第２仮想平面Ｆ２における短径方向４１について、アーム体２１，２２から半径方向外方に突出することをなくすことができる。したがって特許文献２に示すような、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出する関節体が形成される場合に比べて、関節体の占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。これによって占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットの可能領域を広げることができる。
【００３９】
具体的には、第１アーム体２１が回転軸線Ｌ３まわりに回転すると、第１アーム体２２は、第２連結部２５の短径方向一方に屈曲する。このとき各連結部２４，２５は、第２連結部２５の短径方向他方に突出することがない。したがって第２アーム体２２が屈曲する方向と反対側で他の装置および壁面に干渉することがなく、可能領域を広げることができる。また占有体積を軽減することで、ロボットの軽量化を可能にすることができる。
【００４０】
図７は、本発明の他の実施の形態であるロボットの関節構造１２０を示す斜視図である。図８は、関節構造１２０のうち、第２アーム体２２と第２連結部２２５とを拡大して示す正面図である。この関節構造１２０における関節体１２３は、アーム体２１，２２に連なる部分の形状が異なる以外は、前述した関節体２３とほぼ同様の形状を示す。したがって前述した関節体２３と同様の構成については、説明を省略し、同様の符号を付する。
【００４１】
第２連結部１２５は、第２アーム体の軸線Ｌ２に沿って対向面３０から遠ざかるにつれて、第２アーム体２２よりも半径方向外方に突出した突出部分３１から、第２アーム体２２の半径方向内方に近づくように傾斜する外周面を有し、第２アーム体２２に滑らかに連なるテーパ面４５が形成される。
【００４２】
第２連結部１２５は、図４に示す第２連結部２５に対して第２アーム体２２の半径方向外方に突出する突出部分３１が部分的に切除される。図８に示すように、長径方向４２に延びる軸線４０と第２アーム体の軸線Ｌ２とを含む平面において、回転中心Ｐを中心とし、対向面３０の外径Ｄ２と同一の直径を有する仮想円４２を考える。
【００４３】
第２連結部２５は、仮想円４２と第２アーム体２２とが交差する交点Ｑにおける仮想円４２の接線４３よりも仮想円外側の部分４４が切除される。これによって第２連結部１２５の第２アーム側端部の長径方向外径が、第２アーム体２２の外径に一致する。
【００４４】
第１連結部１２４も同様に形成されて、第１連結部１２４と第１アーム体２１とが滑らかに連なるテーパ面４５が形成される。たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径が１００ｍｍの場合、テーパ面４５とアーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２とがなす角度γは、４５．２５°となる。
【００４５】
図９は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ１から見た正面図である。図１０は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ２から見た側面図である。図１１は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ３から見た平面図である。
【００４６】
このように本発明の他の実施の形態である関節構造１２０によれば、図１に示す関節構造２０と同等の効果を達成することができる。またテーパ面４５が形成されることによって、さらに占有体積を小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。またロボットの可能領域をさらに広げることができる。また先鋭な部分を少なくして、各アーム体２１，２２と関節体２３とを滑らかに連結することができる。これによってロボットが他の装置に接触した場合に、他の装置が傷つくことを低減することができる。また先鋭な部分を少なくすることで、ロボットと人との協働作業を実現しやすくすることができる。また関節体２３の内部空間の内周径を、アーム体の内部空間の内周径と同じまたはそれ以上に形成することができ、各配線を無理なく収容することができる。
【００４７】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造２２０を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ１から見た正面図である。図１４は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ２から見た側面図である。図１５は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ３から見た平面図である。この関節構造２２０は、関節体２２３の形状が異なる以外は、前述した関節構造２０と同様である。したがって前述した構成と対応する構成については、説明を省略し、同一の符号を付する。
【００４８】
関節体２２３は、回転軸線と同軸に延びる短軸を有する楕円が、その短軸まわりに回転する回転楕円体に形成される。関節体２２３は、回転軸線に垂直でかつ長軸を含む仮想平面に関して両側に２分割される。２分割される関節体２２３のうちの一方が第１連結部２２４となり、他方が第２連結部２２５となる。各連結部２２４，２２５は、それぞれアーム体２１，２２に固定され、前記回転中心Ｐまわりに回転可能に連結される。各連結部２２４，２２５は、互いに対向する対向面３０が形成される。各対向面３０は、回転軸線に垂直な平面に形成され、前記第１仮想平面における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成される。
【００４９】
関節体２２３の長径は、各対向面３０の外径Ｄ２と同一に形成される。たとえば対向面３０の外径Ｄ２および関節体２２３の長径Ｈ２は、Ｄ１×ｓｅｃ αとなる。ここでＤ１は、第２アーム体２２の外径であり、ｓｅｃ αは、傾斜角度αの正割関数であり、αは、対向面３０がアーム体２２の軸線Ｌ２に対して傾斜する角度である。
【００５０】
たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径Ｄ１が１００ｍｍの場合、関節体２２３は、長径が１６０ｍｍ、短径が１００ｍｍに設定される。これによって関節体２２３を、各アーム体２１，２２よりも半径方向内方に退避することなく形成することができる。
【００５１】
以上のように本発明のさらに他の実施の形態である関節構造２２０によれば、図１に示す関節構造２０とほぼ同等の効果を達成することができる。また関節体２２３は、楕円回転体に形成されるので、外表面が全面にわたって滑らかな曲面で形成されて、先鋭な部分をなくすことができる。また関節体が球体である場合に比べて、占有領域を小さくすることができ、可能領域を広げることができる。
【００５２】
図１６は、本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造３２０を示す正面図であり、図１７は、図１６の関節構造３２０を示す側面図である。この関節構造３２０における関節体３２３は、図１に示す関節体２３の外形形状が異なる以外は、前述した関節体２３とほぼ同様の形状を示す。したがって前述した関節体２３と同様の構成については、説明を省略し、同様の符号を付する。
【００５３】
各連結部３２４，３２５は、対向部分５１，５２をそれぞれ有する。各対向部分５１，５２は、前記回転中心Ｐを中心として、回転軸線Ｌ３に垂直な円板状に形成される。対向部分５１，５２は、一端面が対向面３０として互いに対向して配置される。また対向部分５１，５２は、他端面が連結面３１となりアーム体２１，２２にそれぞれ固定される。対向部分５１，５２は、固定されるアーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直な仮想平面上における外周形状が、楕円に形成される。この楕円は、短径がアーム体の外径に等しく形成され、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる。
【００５４】
また各連結部３２４，３２５は、傾斜部分５３，５４をそれぞれ有する。傾斜部分５３，５４は、テーパ面４５を有する。テーパ面４５は、アーム体の軸線に沿って各対向部分５１，５２からアーム体２１，２２まで滑らかに連なる。
【００５５】
以上のように本発明のさらに他の実施の形態である関節構造３２０によれば、図１に示す関節構造２０と同等の効果を達成することができる。また関節体３２３を可及的に小型化することができる。これによって、さらに占有体積を小さくすることができ、ロボットの可能領域をさらに広げることができる。またサーボモータを各アーム体２１，２２のいずれかに内蔵することによって、関節体をさらに小さくすることができる。
【００５６】
上述した本発明の実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内において構成を変更してもよい。たとえば各アーム体２１，２２の外径は、同一でなくてもよい。この場合、外径が大きいアーム体に合わせて関節体の形状を決定すればよい。また各アーム体２１，２２を関節体と外周形状が等しい楕円筒状に形成してもよい。また各連結部は、対向面の外周形状が同一であれば、アーム体の軸線方向寸法、すなわち高さＨ４が同一でなくてもよい。また本発明の関節構造は、マニピュレータの関節構造も含む。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように請求項１および４記載の本発明によれば、先鋭な部分が生じることなくアーム体を回転させることができる。これによって万が一ロボットが他の装置および壁面などに衝突したとしても、他の装置および壁面が傷つくことを防ぐことができる。またロボットと人間との協働作業における安全性を向上することができる。
【００５８】
また各アーム体および各連結部が外表面として露出する露出部分を一定に保つことができ、露出したり隠れたりする露出遮蔽部分をなくすことができる。露出遮蔽部分は、埃および雑菌が付着しやすい。本発明では、この露出遮蔽部分をなくすことができ、埃および雑菌を付着しにくくすることができる。またアーム体の回転にかかわらず露出部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。したがってロボットを清潔に保つことができ、ロボットをクリーンルームおよび滅菌ルームなどで好適に用いることができる。
【００５９】
さらに各連結部がアーム体から半径方向外方に突出する突出量を可及的に小さくすることができる。これによって複数のロボットが配置される場合であってもロボットの干渉を防止することができる。また作業領域が狭隘な空間であっても、可動可能な範囲を広くすることができる。
【００６０】
請求項２記載の本発明によれば、連結部が楕円筒に形成されることによって、アーム体の軸線に沿って滑らかに連結することができる。また各アーム体および各連結部に配線が連通するための内部空間が形成される場合には、各配線が屈曲するために必要な空間を形成することができ、各配線を屈曲させやすくすることができる。
【００６１】
請求項３記載の本発明によれば、各連結部は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、第２仮想平面における外形形状が小さくなる。これによってアーム体から突出する突出部分をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットの関節構造２０を示す斜視図であり、第１アーム体２１と第２アーム体２２とが同軸となる状態を示す。
【図２】ロボットの関節構造２０を示す斜視図であり、第１アーム体２１が第２アーム体２２に対して屈曲した状態を示す。
【図３】第２アーム体２２と第２連結部２５とを拡大して示す斜視図である。
【図４】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ１から見た正面図である。
【図５】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ２から見た側面図である。
【図６】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ３から見た平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるロボットの関節構造１２０を示す斜視図である。
【図８】関節構造１２０のうち、第２アーム体２２と第２連結部１２５とを拡大して示す正面図である。
【図９】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ１から見た正面図である。
【図１０】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ２から見た側面図である。
【図１１】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ３から見た平面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造２２０を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ１から見た正面図である。
【図１４】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ２から見た側面図である。
【図１５】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ３から見た平面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造３２０を示す正面図である。
【図１７】図１６の関節構造３２０を示す側面図である。
【図１８】従来技術の多関節ロボット３の一部を示す斜視図である。
【図１９】各アーム体が同軸となる状態から一方のアーム体１が他方のアーム体２に対して回転した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０，３２０ ロボットの関節構造
２１ 第１アーム体
２２ 第２アーム体
２３，１２３，２２３，３２３ 関節体
２４，１２４，２２４，３２４ 第１連結部
２５，１２５，２２５，３２５ 第２連結部
３０ 対向面
４５ テーパ面
Ｌ１ 第１アームの軸線
Ｌ２ 第２アームの軸線
Ｌ３ 回転軸線
Ｐ 回転中心
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方のアーム体を他方のアーム体に対して、円錐回転可能に連結する関節体を有するロボットの関節構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来技術のロボット３の一部を示す斜視図である。ロボット３は、連結される２つのアーム体１，２を有する。一方のアーム体１は、他方のアーム体２に対して円錐回転可能に連結される。これによって一方のアーム体１は、各アーム体１，２の軸線Ｌ１，Ｌ２に所定角度傾斜した回転軸線Ｌ３まわりに回転する。ロボット３は、一方のアーム体１に設けられる対象物を、目標とする位置に移動する（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
またこのようなロボットのうち、各アーム体１，２の直列方向に挿通する中空空間が形成され、この中空空間に電源配線および信号配線などが配設されるものがある（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５６−１６３６２４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２５８８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、各アーム体１，２が同軸となる状態から一方のアーム体１が他方のアーム体２に対して回転した状態を示す斜視図である。各アーム体１，２が相互に回転すると、各アーム体１，２に形成される先鋭な部分４，５が半径方向外方に突出する。このとき、先鋭な部分４，５が他の装置に衝突して他の装置が傷つくおそれがある。またロボットが移動停止した場合であっても、人が先鋭な部分４，５に触れることがあり、人への親和性が妨げられる。
【０００６】
また各アーム体１，２が相互に回転すると、各アーム体１，２の対向面６，７は、各アーム体１，２の回転に応じて露出したり隠れたりする。したがってアーム体１，２の対向面６，７に埃や雑菌が付着すると、埃や雑菌を除去することが困難である。これによってクリーンルームおよび滅菌ルームなどで、ロボット３を用いることが困難である。
【０００７】
また特許文献２では、アーム体の回転に関わらず、外表面として露出する露出部分が一定となる関節構造が開示されている。この関節構造は、ロボットに付着した埃や雑菌の除去が容易となる。しかしながら関節体が、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出しているので、関節体によって余分な突出部分が形成される。この突出部分が他の装置および壁面などと干渉してしまい、狭隘領域におけるロボットの可能領域が狭くなるという問題がある。
【０００８】
したがって本発明の目的は、アーム体の回転にかかわらずに外表面として露出する露出部分を一定にするとともに、可動領域を広くするロボットの関節構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、かつ固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円形に形成されることを特徴とするロボットの関節構造である。
【００１０】
本発明に従えば、各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面における外周形状が円形に形成されるので、ロボットの外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。また各対向面は、固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面における外周形状が、前記楕円形に形成される。これによって各対向面は、アーム体の軸線に垂直な仮想平面における前記楕円の短径方向について、アーム体から半径方向外方に突出することがない。したがって特許文献２に示すような、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出する関節体が形成される場合に比べて、関節構造の占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。また特許文献２に比べて、体積を軽減することによって、ロボットの軽量化が可能となる。
【００１１】
また本発明は、第１および第２連結部は、固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円筒に形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、第１および第２連結部が前記楕円筒に形成されることによって、各連結部は、アーム体の軸線に垂直な仮想平面における前記楕円の短径方向について、アーム体から半径方向外方に突出することがない。また外周面を滑らかにすることができる。また各アーム体および各連結部に配線が連通するための内部空間が形成される場合には、各アーム体の内部空間よりも、関節体の内部空間を大きくすることができる。これによって各配線が屈曲するために必要な空間を形成することができ、各配線を屈曲させやすくすることができる。
【００１３】
また本発明は、第１および第２連結部の外周面は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、アーム体の半径方向内方に向かって傾斜してアーム体に連なることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、各連結部は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、第２仮想平面における外形形状が小さくなる。これによって各連結部の外周形状がアーム体の軸線に沿って一様な場合に比べて、アーム体から突出する突出量を低減することができる。また各連結部とアーム体とを滑らかに連ねることができる。これによって人がロボットに触れるような場合であっても、人との親和性を向上することができる。また関節体とアーム体とが連結される部分に、埃および雑菌などが付着したとしても容易に除去することができる。
【００１５】
また本発明は、円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、
第１および第２連結部によって構成される関節体は、回転楕円体に形成され、この回転楕円体は、回転軸線と同軸となる短軸を有する楕円がその短軸まわりに回転して形成される外周面を有することを特徴とするロボットの関節構造である。
【００１６】
本発明に従えば、各対向面は、第１仮想平面における外周形状が円形に形成されるので、ロボットの外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。さらに関節体は、前記回転楕円体に形成されることによって、滑らかな曲面からなる外表面を形成することができる。これによって人がロボットに触れるような場合であっても、人との親和性を向上することができる。またロボットに埃および雑菌が付着しにくくすることができ、付着したとしても容易に除去することができる。さらに関節体が球体に形成される場合に比べて、占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。また体積を軽減することによって、ロボットの軽量化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、ロボットの関節構造２０を示す斜視図である。図１は、第１アーム体２１と第２アーム体２２とが同軸となる状態を示し、図２は、第１アーム体２１が第２アーム体２２に対して屈曲した状態を示す。ロボットは、複数のアーム体２１，２２を有する多関節ロボットである。ロボットは、一方のアーム体を他方のアーム体に対して屈曲させて、一方のアーム体に設けられる対象物を移動させる。
【００１８】
ロボットは、関節構造として第１アーム体２１と、第２アーム体２２と、関節体２３とを含む。各アーム体２１，２２は、円筒状に形成される。関節体２３は、各アーム体２１，２２を、回転軸線Ｌ３まわりに相互に回転可能に連結する。この回転軸線Ｌ３は、各アーム体２１，２２の軸線Ｌ１，Ｌ２に対して傾斜する。これによって第１アーム体２１は、第２アーム体２２に対して円錐回転可能となる。なお本発明では、回転は、角変位する場合も含む。
【００１９】
関節体２３は、回転軸線Ｌ３に垂直な仮想平面に関して両側に２分割される。２分割される関節体２３のうちの一方が第１連結部２４となり、他方が第２連結部２５となる。本実施の形態では、第１連結部２４と第２連結部２５とは、同一形状に形成される。第１連結部２４は、第１アーム体２１に固定され、第２連結部２５は、第２アーム体２２に固定される。各連結部２４，２５は、回転中心Ｐまわりに相互に回転可能に連結される。回転中心Ｐは、回転軸線Ｌ３と各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２とが交差する交点である。
【００２０】
図３は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを拡大して示す斜視図である。図４は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ１から見た正面図である。図５は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ２から見た側面図である。図６は、第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ３から見た平面図である。
【００２１】
図３に示すように、第２連結部２５は、楕円筒状に形成される。第２連結部２５は、回転軸線Ｌ３に垂直な第１仮想平面Ｆ１上における外周形状が、回転軸線Ｌ３を中心とする円形に形成され、かつ第２アーム体の軸線Ｌ２に垂直な第２仮想平面Ｆ２上における外周形状が楕円形に形成される。
【００２２】
第２連結部２５は、その軸線方向一端部に対向面３０が形成される。対向面３０は、回転軸線Ｌ３に垂直に延びる平面に形成される。第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外周形状は、前記回転中心Ｐを中心とする円形に形成される。
【００２３】
また第２連結部２５は、その軸線方向他端部に連結面３１が形成される。連結面３１は、第２アーム体の軸線Ｌ２に垂直な平面に形成され、第２アーム体２２が垂直に連結される。
【００２４】
図６に示すように、第２仮想平面Ｆ２における第２連結部２５の外周形状は、上述したように楕円形に形成される。この楕円は、その短径Ｈ１が第２アーム体２２の外径Ｄ１と等しく選ばれ、長径Ｈ２が第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外径Ｄ２と等しく選ばれる。ここで短径Ｈ１は、楕円の短軸の長さであり、長径Ｈ２は、楕円の長軸の長さである。以下、第１仮想平面Ｆ１における対向面３０の外径Ｄ２を単に対向面３０の外径Ｄ２と称する。
【００２５】
図５に示すように、対向面３０の前記外径Ｄ２および前記長径Ｈ２は、Ｄ１×ｓｅｃ αとなる。ここでＤ１は、第２アーム体２２の外径Ｄ１であり、ｓｅｃ αは、対向面３０が第２アーム体の軸線Ｌ２に対して傾斜する傾斜角度αの正割関数である。このように形状が決定されることによって、第２連結部２５は、第２仮想平面Ｆ２の短径方向４１について、第２アーム体２２から半径方向外方に突出することがない。なお短径方向４１は、楕円の短軸が延びる方向と平行な方向であり、長径方向４２は、楕円の長軸が延びる方向と平行な方向である。
【００２６】
たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径Ｄ１が１００ｍｍの場合、対向面３０の外径Ｄ２は、１４１．４２ｍｍとなる。また第２連結部２５の第２仮想平面Ｆ２における外形形状が、短径Ｈ１が１００ｍｍ、長径Ｈ２が１４１．４２ｍｍとなる楕円に形成される。
【００２７】
また第２連結部２５は、前記回転中心Ｐから第２アーム体の軸線Ｌ２に沿って所定長さＨ３延びて、第２アーム体２２に連なる。所定長さＨ３は、ｒ×ｔａｎα以上である。ここでｒは、第２アーム体２２の半径であって、ｔａｎ αは、傾斜角度αの正接関数である。また第２連結部２５は、第２アーム体の軸線に沿って延びる高さ寸法Ｈ４が、２ｒ×ｔａｎ αと一致することが好ましく、これによって第２連結部２５の高さ寸法Ｈ４を小さくすることができる。
【００２８】
前述したように本実施の形態では、第１連結部２４も第２連結部２５と同様の形状を有する。したがって第１連結部２４についての説明を省略する。各連結部２４，２５は、各対向面３０が互いに対向して、同軸に配置される。各対向面３０は、それらの回転中心Ｐが回転軸線Ｌ３に沿って並び、互いに摺動回転可能に連結される。
【００２９】
したがって第１および第２連結部２４，２５によって構成される関節体２３は、図１に示すように、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２が同軸となる状態で、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２と同軸に延びる楕円筒形状に形成される。この楕円筒は、各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に沿って一様な外周形状を有し、両端面が各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直に形成される。また各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径が各アーム体の外径Ｄ１に等しく形成され、長径が対向面３０の外径Ｄ２と等しい楕円に形成される。
【００３０】
またロボットは、第１アーム体２１と第２アーム体２２とを回転軸線Ｌ３まわりに回転駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段をさらに有する。たとえば駆動手段は、サーボモータであり、制御手段は、ロボットコントローラである。サーボモータは、各アーム体２１，２２のいずれかに内蔵され、回転伝達機構を介して、第１アーム体２１を第２アーム体２２に対して回転軸線Ｌ３まわりに回転駆動する。またロボットコントローラによってサーボモータが制御されて、第１アーム２１が第２アーム２２に対して移動する。
【００３１】
各アーム体２１，２２および関節体２３は、各アーム体２１，２２の直列方向に連通する内部空間が形成される。この内部空間に電源配線および信号配線などの各配線が配設される。
【００３２】
本発明の関節構造２０を備えるロボットは、クリーンルームおよび滅菌ルームなどの雰囲気が調整される空間で作業を行うために用いられる。たとえばロボットは、細胞の培養などのバイオメディカル分野における作業を熟練作業者に代わって行う。そのほかロボットは、看護士補助ロボットおよび手術支援ロボットなど人間とともに協働作業を行うために用いられてもよい。
【００３３】
以上のように本発明の実施の一形態である関節構造２０によれば、第１仮想平面Ｆ１における各対向面３０の外周形状が円形に形成される。各対向面３０が回転中心Ｐまわりに摺動回転することによって、各対向面３０が外表面として露出することなく、外表面として露出する露出部分を一定にすることができる。したがってアーム体２１，２２の回転によって外方に露出したり隠れたりする露出遮蔽部分をなくすことができる。
【００３４】
露出遮蔽部分は、埃および雑菌が付着しやすい。本発明では、この露出遮蔽部分をなくすことができ、可及的に埃および雑菌を付着しにくくすることができる。またアーム体の回転にかかわらず露出する部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。また外方空間に各配線が露出することがないので、埃および細菌をさらに付着しにくくすることができる。したがってロボットを清潔に保つことができる。
【００３５】
ロボットは、その内部空間と外方空間とが連通することを塞ぐようにシールされる。たとえば第１連結部２４と第２連結部２５とは、内部空間と外方空間とがシールされた状態で、互いに回転可能に設けられる。したがって仮に内部空間に埃および雑菌などが存在しても、それらが内部空間から外方空間に向かって移動することがない。
【００３６】
またアーム体２１，２２にサーボモータが内蔵されるので、特許文献２に示すように関節体２３に駆動源を内蔵する必要がない。これによって関節体２３の内部空間を十分に確保することができる。したがって各連結部２４，２５を挿通する各配線は、各連結部２４，２５の内部空間で大きい曲率半径を有して変形することができ、アーム体が回転した場合であっても、無理なく各配線を変形させることができる。また各アーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２と連結面３１とを垂直に形成することによって、各アーム体２１，２２の連結側端部に複雑な加工をする必要がなく、各アーム体２１，２２と関節体２３とを容易に連結することができる。
【００３７】
また図１９に示す従来技術のように先鋭な部分が生じることがない。これによって、万が一関節体２３が他の装置などに衝突したとしても、他の装置が傷つくことを防ぐことができる。また鋭利な部分が生じることがないので、人間との協働作業における安全性を向上することができる。
【００３８】
さらに関節体２３を前述したような楕円筒状に形成することによって、関節体２３が、第２仮想平面Ｆ２における短径方向４１について、アーム体２１，２２から半径方向外方に突出することをなくすことができる。したがって特許文献２に示すような、各アーム体の周方向全周にわたって半径方向外方に突出する関節体が形成される場合に比べて、関節体の占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。これによって占有体積を可及的に小さくすることができ、ロボットの可能領域を広げることができる。
【００３９】
具体的には、第１アーム体２１が回転軸線Ｌ３まわりに回転すると、第１アーム体２２は、第２連結部２５の短径方向一方に屈曲する。このとき各連結部２４，２５は、第２連結部２５の短径方向他方に突出することがない。したがって第２アーム体２２が屈曲する方向と反対側で他の装置および壁面に干渉することがなく、可能領域を広げることができる。また占有体積を軽減することで、ロボットの軽量化を可能にすることができる。
【００４０】
図７は、本発明の他の実施の形態であるロボットの関節構造１２０を示す斜視図である。図８は、関節構造１２０のうち、第２アーム体２２と第２連結部２２５とを拡大して示す正面図である。この関節構造１２０における関節体１２３は、アーム体２１，２２に連なる部分の形状が異なる以外は、前述した関節体２３とほぼ同様の形状を示す。したがって前述した関節体２３と同様の構成については、説明を省略し、同様の符号を付する。
【００４１】
第２連結部１２５は、第２アーム体の軸線Ｌ２に沿って対向面３０から遠ざかるにつれて、第２アーム体２２よりも半径方向外方に突出した突出部分３１から、第２アーム体２２の半径方向内方に近づくように傾斜する外周面を有し、第２アーム体２２に滑らかに連なるテーパ面４５が形成される。
【００４２】
第２連結部１２５は、図４に示す第２連結部２５に対して第２アーム体２２の半径方向外方に突出する突出部分３１が部分的に切除される。図８に示すように、長径方向４２に延びる軸線４０と第２アーム体の軸線Ｌ２とを含む平面において、回転中心Ｐを中心とし、対向面３０の外径Ｄ２と同一の直径を有する仮想円４２を考える。
【００４３】
第２連結部２５は、仮想円４２と第２アーム体２２とが交差する交点Ｑにおける仮想円４２の接線４３よりも仮想円外側の部分４４が切除される。これによって第２連結部１２５の第２アーム側端部の長径方向外径が、第２アーム体２２の外径に一致する。
【００４４】
第１連結部１２４も同様に形成されて、第１連結部１２４と第１アーム体２１とが滑らかに連なるテーパ面４５が形成される。たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径が１００ｍｍの場合、テーパ面４５とアーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２とがなす角度γは、４５．２５°となる。
【００４５】
図９は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ１から見た正面図である。図１０は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ２から見た側面図である。図１１は、図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ３から見た平面図である。
【００４６】
このように本発明の他の実施の形態である関節構造１２０によれば、図１に示す関節構造２０と同等の効果を達成することができる。またテーパ面４５が形成されることによって、さらに占有体積を小さくすることができ、ロボットが他の装置および壁面などに干渉することを防ぐことができる。またロボットの可能領域をさらに広げることができる。また先鋭な部分を少なくして、各アーム体２１，２２と関節体２３とを滑らかに連結することができる。これによってロボットが他の装置に接触した場合に、他の装置が傷つくことを低減することができる。また先鋭な部分を少なくすることで、ロボットと人との協働作業を実現しやすくすることができる。また関節体２３の内部空間の内周径を、アーム体の内部空間の内周径と同じまたはそれ以上に形成することができ、各配線を無理なく収容することができる。
【００４７】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造２２０を示す斜視図である。図１３は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ１から見た正面図である。図１４は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ２から見た側面図である。図１５は、図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ３から見た平面図である。この関節構造２２０は、関節体２２３の形状が異なる以外は、前述した関節構造２０と同様である。したがって前述した構成と対応する構成については、説明を省略し、同一の符号を付する。
【００４８】
関節体２２３は、回転軸線と同軸に延びる短軸を有する楕円が、その短軸まわりに回転する回転楕円体に形成される。関節体２２３は、回転軸線に垂直でかつ長軸を含む仮想平面に関して両側に２分割される。２分割される関節体２２３のうちの一方が第１連結部２２４となり、他方が第２連結部２２５となる。各連結部２２４，２２５は、それぞれアーム体２１，２２に固定され、前記回転中心Ｐまわりに回転可能に連結される。各連結部２２４，２２５は、互いに対向する対向面３０が形成される。各対向面３０は、回転軸線に垂直な平面に形成され、前記第１仮想平面における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成される。
【００４９】
関節体２２３の長径は、各対向面３０の外径Ｄ２と同一に形成される。たとえば対向面３０の外径Ｄ２および関節体２２３の長径Ｈ２は、Ｄ１×ｓｅｃ αとなる。ここでＤ１は、第２アーム体２２の外径であり、ｓｅｃ αは、傾斜角度αの正割関数であり、αは、対向面３０がアーム体２２の軸線Ｌ２に対して傾斜する角度である。
【００５０】
たとえば傾斜角度αが４５度であって、各アーム体２１，２２の外径Ｄ１が１００ｍｍの場合、関節体２２３は、長径が１６０ｍｍ、短径が１００ｍｍに設定される。これによって関節体２２３を、各アーム体２１，２２よりも半径方向内方に退避することなく形成することができる。
【００５１】
以上のように本発明のさらに他の実施の形態である関節構造２２０によれば、図１に示す関節構造２０とほぼ同等の効果を達成することができる。また関節体２２３は、楕円回転体に形成されるので、外表面が全面にわたって滑らかな曲面で形成されて、先鋭な部分をなくすことができる。また関節体が球体である場合に比べて、占有領域を小さくすることができ、可能領域を広げることができる。
【００５２】
図１６は、本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造３２０を示す正面図であり、図１７は、図１６の関節構造３２０を示す側面図である。この関節構造３２０における関節体３２３は、図１に示す関節体２３の外形形状が異なる以外は、前述した関節体２３とほぼ同様の形状を示す。したがって前述した関節体２３と同様の構成については、説明を省略し、同様の符号を付する。
【００５３】
各連結部３２４，３２５は、対向部分５１，５２をそれぞれ有する。各対向部分５１，５２は、前記回転中心Ｐを中心として、回転軸線Ｌ３に垂直な円板状に形成される。対向部分５１，５２は、一端面が対向面３０として互いに対向して配置される。また対向部分５１，５２は、他端面が連結面３１となりアーム体２１，２２にそれぞれ固定される。対向部分５１，５２は、固定されるアーム体の軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直な仮想平面上における外周形状が、楕円に形成される。この楕円は、短径がアーム体の外径に等しく形成され、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる。
【００５４】
また各連結部３２４，３２５は、傾斜部分５３，５４をそれぞれ有する。傾斜部分５３，５４は、テーパ面４５を有する。テーパ面４５は、アーム体の軸線に沿って各対向部分５１，５２からアーム体２１，２２まで滑らかに連なる。
【００５５】
以上のように本発明のさらに他の実施の形態である関節構造３２０によれば、図１に示す関節構造２０と同等の効果を達成することができる。また関節体３２３を可及的に小型化することができる。これによって、さらに占有体積を小さくすることができ、ロボットの可能領域をさらに広げることができる。またサーボモータを各アーム体２１，２２のいずれかに内蔵することによって、関節体をさらに小さくすることができる。
【００５６】
上述した本発明の実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内において構成を変更してもよい。たとえば各アーム体２１，２２の外径は、同一でなくてもよい。この場合、外径が大きいアーム体に合わせて関節体の形状を決定すればよい。また各アーム体２１，２２を関節体と外周形状が等しい楕円筒状に形成してもよい。また各連結部は、対向面の外周形状が同一であれば、アーム体の軸線方向寸法、すなわち高さＨ４が同一でなくてもよい。また本発明の関節構造は、マニピュレータの関節構造も含む。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように請求項１および４記載の本発明によれば、先鋭な部分が生じることなくアーム体を回転させることができる。これによって万が一ロボットが他の装置および壁面などに衝突したとしても、他の装置および壁面が傷つくことを防ぐことができる。またロボットと人間との協働作業における安全性を向上することができる。
【００５８】
また各アーム体および各連結部が外表面として露出する露出部分を一定に保つことができ、露出したり隠れたりする露出遮蔽部分をなくすことができる。露出遮蔽部分は、埃および雑菌が付着しやすい。本発明では、この露出遮蔽部分をなくすことができ、埃および雑菌を付着しにくくすることができる。またアーム体の回転にかかわらず露出部分が一定であるので、外表面に埃および雑菌が付着したとしても、アーム体を回転させる必要がなく、付着した埃および雑菌を容易に除去することができる。したがってロボットを清潔に保つことができ、ロボットをクリーンルームおよび滅菌ルームなどで好適に用いることができる。
【００５９】
さらに各連結部がアーム体から半径方向外方に突出する突出量を可及的に小さくすることができる。これによって複数のロボットが配置される場合であってもロボットの干渉を防止することができる。また作業領域が狭隘な空間であっても、可動可能な範囲を広くすることができる。
【００６０】
請求項２記載の本発明によれば、連結部が楕円筒に形成されることによって、アーム体の軸線に沿って滑らかに連結することができる。また各アーム体および各連結部に配線が連通するための内部空間が形成される場合には、各配線が屈曲するために必要な空間を形成することができ、各配線を屈曲させやすくすることができる。
【００６１】
請求項３記載の本発明によれば、各連結部は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、第２仮想平面における外形形状が小さくなる。これによってアーム体から突出する突出部分をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットの関節構造２０を示す斜視図であり、第１アーム体２１と第２アーム体２２とが同軸となる状態を示す。
【図２】ロボットの関節構造２０を示す斜視図であり、第１アーム体２１が第２アーム体２２に対して屈曲した状態を示す。
【図３】第２アーム体２２と第２連結部２５とを拡大して示す斜視図である。
【図４】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ１から見た正面図である。
【図５】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ２から見た側面図である。
【図６】図３に示す第２アーム体２２と第２連結部２５とを矢符Ａ３から見た平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるロボットの関節構造１２０を示す斜視図である。
【図８】関節構造１２０のうち、第２アーム体２２と第２連結部１２５とを拡大して示す正面図である。
【図９】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ１から見た正面図である。
【図１０】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ２から見た側面図である。
【図１１】図７に示す関節構造１２０を矢符Ｂ３から見た平面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造２２０を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ１から見た正面図である。
【図１４】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ２から見た側面図である。
【図１５】図１２に示す関節構造２２０を矢符Ｃ３から見た平面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態であるロボットの関節構造３２０を示す正面図である。
【図１７】図１６の関節構造３２０を示す側面図である。
【図１８】従来技術の多関節ロボット３の一部を示す斜視図である。
【図１９】各アーム体が同軸となる状態から一方のアーム体１が他方のアーム体２に対して回転した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０，３２０ ロボットの関節構造
２１ 第１アーム体
２２ 第２アーム体
２３，１２３，２２３，３２３ 関節体
２４，１２４，２２４，３２４ 第１連結部
２５，１２５，２２５，３２５ 第２連結部
３０ 対向面
４５ テーパ面
Ｌ１ 第１アームの軸線
Ｌ２ 第２アームの軸線
Ｌ３ 回転軸線
Ｐ 回転中心
Claims (4)
- 円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、かつ固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円形に形成されることを特徴とするロボットの関節構造。 - 第１および第２連結部は、固定されるアーム体の軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、短径がアーム体の外径に等しく、長径が前記円形の直径と等しく選ばれる楕円筒に形成されることを特徴とする請求項１記載のロボットの関節構造。
- 第１および第２連結部の外周面は、アーム体の軸線に沿って対向面から遠ざかるにつれて、アーム体の半径方向内方に向かって傾斜してアーム体に連なることを特徴とする請求項１または２記載のロボットの関節構造。
- 円筒状の第１アーム体に固定される第１連結部と、円筒状の第２アーム体に固定される第２連結部とを有し、第１および第２連結部は、各アーム体の軸線に対して傾斜する回転軸線まわりに相互に回転可能に連結され、
各連結部の互いに対向する各対向面は、回転軸線に垂直な仮想平面上における外周形状が、回転軸線を中心とする円形に形成され、
第１および第２連結部によって構成される関節体は、回転楕円体に形成され、この回転楕円体は、回転軸線と同軸となる短軸を有する楕円がその短軸まわりに一回転して形成される外周面を有することを特徴とするロボットの関節構造。
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