JP2014018919A - ロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】各リンクにおける可動部の重量を低減して、各リンクが高速に動作するのを可能にする。
【解決手段】ロボットアーム１００は、基台１と、基台１に関節Ｊ１を介して旋回可能に連結されたリンク１１と、リンク１１に関節Ｊ２を介して旋回可能に連結されたリンク１２と、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる駆動源２１Ａ，２１Ｂと、を備える。また、ロボットアーム１００は、関節Ｊ２を駆動してリンク１２を旋回させる駆動源２２Ａ，２２Ｂと、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる駆動源２３Ａ，２３Ｂと、を備える。駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、基台１に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも二関節を有するロボットアームに関する。

近年、様々な工業製品の組み立て等の作業に利用される多関節型のロボットアームにおいて、ワークのピッキングや搬送の高速化による作業効率改善に対する要求が高まっている。

これに対して非特許文献１及び２には、生物の持つ筋肉に類似した弾性要素を含むアクチュエータを用いることによって関節のまわりに作用させるトルクと剛性とを独立に変えれば、弾性を利用した柔軟かつ俊敏な動作への応用が期待できることが示されている。

また特許文献１には、２つの関節と２つのリンクとを有してなるロボットアームが開示されている。ロボットアームは、各関節に対して独立にトルクを作用させるための１対の第１及び第２アクチュエータと、２つの関節にまたがってトルクを作用させる１対の第３アクチュエータとからなる、合計３対６個のアクチュエータを備えている。一対の第１及び第２アクチュエータは、生物における単関節筋に相当し、一対の第３アクチュエータは、生物における二関節筋に相当する。ここで対を成す２つのアクチュエータは、拮抗するように配置されている。

このように、特許文献１では、２つのリンクから成るロボットアームは、生物の肢における基本構成である３対６筋に対応した３種類のアクチュエータ、即ち第１単関節筋、第２単関節筋、二関節筋に相当する駆動源を備えている。これにより、アームの先端における出力の方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になることが知られている。

特開２００８−２８１９２６号公報

Minayori Kumamoto，Toru Oshima，Tomohisa Yamamoto:Control properties induced by the existence of antagonistic pairs ofbi-articular muscles,Human Movement Science 13 (1994)611-634 「ヒューマノイド工学」熊本水頼編著、東京電機大学出版局

ロボットアームの駆動源として、最も一般的に使用されるのが回転モータである。ロボットアームの動作を高速化するためには、駆動源の出力を増大させなければならない。しかしながら、回転モータの出力に比例してその重量も増大するため、このような回転モータをリンクに搭載すると、それに伴って可動部重量が増加し、結果的に動作の高速化が十分に達成できない。

また、特許文献１に開示されたロボットアームにおいては、第２関節に対して独立にトルクを発生させる駆動源や、２つの関節にまたがってトルクを作用させる駆動源がリンクに搭載されている。その結果、可動部重量は大きくなり、動作の高速化の妨げになるという問題があった。

そこで、本発明は、各リンクを高速に動作することが可能となるロボットアームを提供することを目的とする。

本発明のロボットアームは、基台と、前記基台に第１関節を介して旋回可能に連結された第１リンクと、前記第１リンクに第２関節を介して旋回可能に連結された第２リンクと、前記第１関節を駆動して前記第１リンクを旋回させる第１駆動源と、前記第２関節を駆動して前記第２リンクを旋回させる第２駆動源と、前記第１及び第２関節を同時に駆動して前記第１及び第２リンクを同時に旋回させる第３駆動源と、を備え、前記第１、第２及び第３駆動源は、前記基台に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１、第２及び第３駆動源が共に基台に配置される。従って、出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンクを高速に駆動することが可能となる。

本発明の実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す説明図である。 本発明の実施例１に係るロボットアームの構成を示す説明図である。 差動機構部の構成を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る差動機構部の第２の歯車及び第６の歯車の構成を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る回転支持部材、第４の歯車及び第５の歯車の構成を示す説明図である。 本発明の実施例１に係るロボットアームの動作を示す図である。 本発明の実施例２に係るロボットアームの構成を示す説明図である。 本発明の実施例２に係る差動機構部の構成を示す説明図である。 本発明の実施例２に係るロボットアームの動作を示す図である。 本発明の実施例３に係るロボットアームの構成を示す説明図である。 本発明の実施例３に係る差動機構部の構成を示す説明図である。 本発明の実施例４に係るロボットアームの構成を示す説明図である。 本発明の実施例４に係る差動機構部の構成を示す説明図である。 本発明の実施例５に係るロボットアームの構成を示す説明図である。 本発明の実施例５に係る差動機構部の構成を示す説明図である。 本発明の実施例５に係る差動機構部の一部の構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す説明図である。ロボットアーム１０００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム１０００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１と、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２と、を備えている。また、ロボットアーム１０００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３を備えている。これら駆動源２２，２３，２４は、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２２，２２，２３として出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

駆動源２１は、生物の肢における第１単関節筋と等価な作用をし、弾性力を伴うトルクを出力し、リンク１１の関節Ｊ１に対して作用させる。駆動源２２は、生物の肢における第２単関節筋と等価な作用をし、弾性力を伴うトルクを出力し、リンク１２の関節Ｊ２に対して作用させる。駆動源２３は、生物の肢における二関節筋と等価な作用をし、弾性力を伴うトルクを出力し、リンク１１の関節Ｊ１、及びリンク１２の関節Ｊ２の両方に対して作用させる。

更に、ロボットアーム１０００は、駆動力伝達機構３０を備えている。駆動力伝達機構３０は、駆動源２３により関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構３０は、駆動源２２により関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構３０は、伝達部３１と、差動機構部３２とを有している。伝達部３１は、リンク１２と駆動源２３とを接続するように設けられている。差動機構部３２は、リンク１１と伝達部３１の間に設けられる。

差動機構部３２は、第１の入出力部Ｃ１、第２の入出力部Ｃ２及び差動入出力部Ｄを有している。第１の入出力部Ｃ１は伝達部３１に、第２の入出力部Ｃ２はリンク１１に、差動入出力部Ｄは駆動源２２に接続される。詳しくは後述するが、差動機構部３２はリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３としたときに、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’がθ３−θ１に比例するように構成されている。即ち、差動機構部３２は、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’がリンク１１に対するリンク１２の相対的な旋回角度θ２に比例するように構成されている。

差動機構部３２は、不図示の１個または２個の中心歯車Ｍ１，Ｍ２（太陽歯車または環状歯車）、中心歯車Ｍ１，Ｍ２の周囲を自転しつつ公転可能な不図示の遊星歯車Ｐ、及び遊星歯車Ｐを支持する不図示のキャリアＴを有して構成されている。この場合、第１の入出力部Ｃ１、第２の入出力部Ｃ２及び差動入出力部Ｄに対応する部材に、中心歯車Ｍ１，Ｍ２、遊星歯車Ｐ、キャリアＴのいずれかを割り当てることによって差動機構部３２が実現できる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１に係るロボットアームについて図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例１に係るロボットアームの構成を示す説明図であり、図２（ａ）はロボットアームの上面図、図２（ｂ）はロボットアームの側面図である。

ロボットアーム１００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム１００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１Ａ，２１Ｂと、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２Ａ，２２Ｂと、を備えている。また、ロボットアーム１００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３Ａ，２３Ｂを備えている。これら駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂとして出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

ここで、第１駆動源である駆動源２１Ａ，２１Ｂは各々その出力軸７Ａ，７Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２１Ａ，２１Ｂは関節Ｊ１に対して第１単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第２駆動源である駆動源２２Ａ，２２Ｂは各々その出力軸８Ａ，８Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２２Ａ，２２Ｂは、関節Ｊ２に対して第２単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１２の関節Ｊ２に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第３駆動源である駆動源２３Ａ，２３Ｂは各々その出力軸９Ａ，９Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２３Ａ，２３Ｂは、関節Ｊ１と関節Ｊ２の両方にまたがる二関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１とリンク１２の関節Ｊ２の両方に弾性力を伴うトルクを作用させる。

駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは内蔵する弾性要素を介することによって、弾性力を伴うトルクを出力軸から出力する。出力軸のまわりの弾性（回転角に応じた復元トルクの発生）は非線形な特性であるか、または可変である。これにより関節のまわりのトルクと剛性とを独立に変えることが可能となり、その結果、リンク１２の先端における出力方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になる。また弾性を利用した俊敏な動作にも応用ができる。駆動源が弾性を有することにより、他の駆動源が出力するトルクなど外的な力が出力軸に作用した場合には、その大きさに応じてその駆動源は逆駆動される。本実施例１では、駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、電動式の回転モータである。

更に、ロボットアーム１００は、駆動力伝達機構１３０Ａを備えている。駆動力伝達機構１３０Ａは、駆動源２３Ａにより関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３Ａの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構１３０Ａは、駆動源２２Ａにより関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２Ａの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

更に、ロボットアーム１００は、駆動力伝達機構１３０Ｂを備えている。駆動力伝達機構１３０Ｂは、駆動源２３Ｂにより関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３Ｂの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構１３０Ｂは、駆動源２２Ｂにより関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２Ｂの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構１３０Ａは、伝達部１３１Ａと、差動機構部１３２Ａと、を有している。伝達部１３１Ａは、リンク１２と駆動源２３Ａとを接続するように設けられている。差動機構部１３２Ａは、リンク１１と伝達部１３１Ａとの間に設けられる。駆動力伝達機構１３０Ｂは、伝達部１３１Ｂと、差動機構部１３２Ｂと、を有している。伝達部１３１Ｂは、リンク１２と駆動源２３Ｂとを接続するように設けられている。差動機構部１３２Ｂは、リンク１１と伝達部１３１Ｂとの間に設けられる。

本実施例１においては、駆動源２３Ａ，２３Ｂを基台１上に固定したので、駆動源２３Ａ，２３Ｂからリンク１２（関節Ｊ２）に対して、伝達部１３１Ａ，１３１Ｂを介してトルクと回転の伝達を行う。また駆動源２２Ａ，２２Ｂも基台１上に固定したので、伝達部１３１Ａ，１３１Ｂとリンク１１との間に設けた差動機構部１３２Ａ，１３２Ｂを介してトルクと回転の伝達を行う。

なお伝達部１３１Ａと伝達部１３１Ｂとの構成、及び差動機構部１３２Ａと差動機構部１３２Ｂとは同一で対を成し、ロボットアームにおいて、両者は上下対称に配置されている。以降、伝達部１３１Ａ、差動機構部１３２Ａについてのみ詳細に説明し、伝達部１３１Ｂ、差動機構部１３２Ｂについては、同一符号を付して説明を省略する。

伝達部１３１Ａは、軸部材である伝達軸４１と、第１伝達機構部である伝達機構部４２とにより構成される。伝達軸４１はリンク１１上において、回動中心線Ｚ０に垂直な回転中心線Ｘ２ａのまわりに回転可能であるように支持されている。またリンク１１と伝達軸４１は、一体となって回動中心線Ｚ０のまわりに回動可能である。伝達軸４１の一端は差動機構部１３２Ａに接続され、他端とリンク１２との間には、伝達機構部４２が接続される。

次に差動機構部１３２Ａの構成について説明する。図３は差動機構部１３２Ａの構成を示す説明図であり、図３（ａ）は差動機構部１３２Ａの上面図、図３（ｂ）は差動機構部１３２Ａの側面図である。

差動機構部１３２Ａは、基台１上の関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０上に固定された第１関節回動軸１３に支持される。差動機構部１３２Ａは、第１の歯車５１〜第８の歯車５８を有して構成される。第１の歯車５１〜第８の歯車５８はすべて傘歯車である。また第６の歯車５６は第１の入出力部Ｃ１に対応し、第８の歯車５８は第２の入出力部Ｃ２に対応し、第１の歯車５１は差動入出力部Ｄに対応する。差動入出力部Ｄである第１の歯車５１は、第２駆動源である駆動源２２Ａの出力軸８Ａに取り付けられ、回動中心線Ｚ０に垂直な回転中心線Ｘ１ａのまわりに回転が可能である。

図４（ａ）に第２の歯車５２，５３の側面図を示す。第２の歯車５２と第３の歯車５３は同一形状同一寸法であり、歯車５２（５３）は、環状の内歯５２ａ（５３ａ）と外歯５２ｂ（５３ｂ）とを有している。図３に示したように、第２の歯車５２の外歯は第１の歯車５１の上部において、また第３の歯車５３の外歯は第１の歯車５１の下部において、それぞれ第１の歯車５１と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。

第４の歯車５４−１，５４−２と、第５の歯車５５−１，５５−２は同一形状同一寸法であり、共に回転支持部材４３に回転可能に支持される。これらの歯車から成るユニットの構成を図５に示す。図５（ａ）はユニットの上面図、図５（ｂ）はユニットの側面図である。回転支持部材４３は円筒状であり、回動中心線Ｚ０上に設けられた第１関節回動軸１３の周囲に回転可能である。回転支持部材４３の上部と下部において、第４の歯車５４−１，５４−２と第５の歯車５５−１，５５−２とが側方に回転可能に支持される。第４の歯車５４−１，５４−２と第５の歯車５５−１，５５−２とは各々軸対称に複数（本実施例１では２つ）配置するのが望ましい。第４の歯車５４−１，５４−２と第５の歯車５５−１，５５−２とは自転、及び回転支持部材４３と一体となって回動中心線Ｚ０のまわりに公転が可能である。

また図３に示したように、第４の歯車５４−１，５４−２は、第２の歯車５２の内歯と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達され、第５の歯車５５−１，５５−２は、第３の歯車５３の内歯と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。

図４（ｂ）に第６の歯車５６の側面図を示す。第６の歯車５６と第７の歯車５７とは同一形状同一寸法であり、歯車５６（５７）は、環状の内歯５６ａ（５７ａ）と外歯５６ｂ（５７ｂ）とを有している。図３に示したように、第６の歯車５６の内歯は、第４の歯車５４−１，５４−２と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達され、第７の歯車５７の内歯は、第５の歯車５５−１，５５−２と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。また、第６の歯車５６は、第３駆動源である駆動源２３Ａの出力軸９Ａに取り付けられ、回動中心線Ｚ０のまわりに回転駆動される。

第２の歯車５２、第３の歯車５３、第６の歯車５６、及び第７の歯車５７は、いずれも回転支持部材４３のまわりに回転可能に取り付けられている。なお回転支持部材４３は上下２部材に分割して作成し、各々に第２の歯車５２、及び第３の歯車５３の挿入取り付けを行い、その後に一体化すれば組み立て上の都合がよい。

第８の歯車５８は、伝達軸４１の関節Ｊ１寄りの一端に取り付けられ、上部において第６の歯車５６の外歯と、下部において第７の歯車５７の外歯と直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。第８の歯車５８は伝達軸４１と一体的に回転中心線Ｘ２ａのまわりに回転（自転）が可能であり、さらに回動中心線Ｚ０のまわりに回動（公転）が可能である。

図３（ｃ）は伝達軸４１が図３（ａ）の状態から回動中心線Ｚ０のまわりに１１０°回動（公転）した状態を示しており、この状態においても第１の歯車５１と第８の歯車５８は接触することはなく、出力軸８Ａから伝達軸４１へのトルクと回転の伝達が可能である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した回転中心線Ｘ１ａと、回転中心線Ｘ２ａが１８０°の位置関係にある状態を中心にして、伝達軸４１の回動可能な範囲は±１１０°以上である。

次に伝達機構部４２について説明する。第１伝達機構部である伝達機構部４２は、第８の歯車５８の自転に伴う伝達軸４１の回転を関節Ｊ２に伝達してリンク１２を旋回させる。具体的に説明すると、伝達機構部４２は、図２に示したように、第９の歯車５９と第１０の歯車６０から成る。第９の歯車５９と第１０の歯車６０は共に傘歯車であり歯数は等しいものとする。第９の歯車５９は伝達軸４１の関節Ｊ２寄りの一端に取り付けられる。また第１０の歯車６０はリンク１２の関節Ｊ２に取り付けられ、第９の歯車５９と噛み合う。伝達軸４１より第９の歯車５９、第１０の歯車６０、リンク１２の順でトルクと回転が伝達される。

本実施例１では、第１の入出力部Ｃ１としての第６の歯車５６が中心傘歯車であり、第２の入出力部Ｃ２としての第８の歯車５８の支持部（リンク１１上の軸受部）がキャリアである。また、第８の歯車５８が遊星傘歯車である。差動入出力部Ｄとしては、第８の歯車５８の自転に連動する第１の歯車５１が割り当てられている。

つまり、第６の歯車５６は、第３駆動源２３Ａの出力軸９Ａの回転に伴って回転する中心傘歯車である。また、第８の歯車５８は、中心傘歯車である第６の歯車５６に噛合する遊星傘歯車である。

また、軸部材である伝達軸４１の一端は、第８の歯車５８の回転中心に固定されている。伝達軸４１は、第８の歯車５８の公転に伴ってリンク１１と一体に旋回するようにリンク１１に支持されている。

本実施例１では、差動機構部１３２Ａは、第２駆動源である駆動源２２Ａの出力軸８Ａの回転を伝達軸４１に伝達する第２伝達機構部である伝達機構部３３を有している。この伝達機構部３３は、第１の歯車５１、第２の歯車５２、第３の歯車５３、第４の歯車５４−１，５４−２、第５の歯車５５−１，５５−２、第７の歯車５７を有している。つまり、伝達機構部３３は、駆動源２２Ａの出力軸８Ａの回転を、第６の歯車５６及び第８の歯車５８に伝達することで、伝達軸４１に伝達する。

次に本実施例１によるロボットアーム１００の駆動力伝達機構１３０Ａの動作について詳細に説明する。基準となるある角度（例えば図２（ａ）において、回動中心線Ｚ０より水平左方向）からのリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３とする。このとき、第１の入出力部Ｃ１に対応する第６の歯車５６の回転角度はθ３、第２の入出力部Ｃ２に対応する第８の歯車５８の回動（公転）角度はθ１となる。また、第２の歯車５２と第６の歯車５６との歯数が等しく、第３の歯車５３の内歯と第７の歯車５７の内歯との歯数が等しいものとする。また、第１の歯車５１の歯数をｚ１、第２の歯車５２と第３の歯車５３の外歯の歯数をｚ２、第６の歯車５６と第７の歯車５７の外歯の歯数をｚ３、第８の歯車５８の歯数をｚ４とする。差動入出力部Ｄに対応する第１の歯車５１の回転角度θ２’は次式（１）で表される。ただし比例係数α＝（ｚ２・ｚ４）／（ｚ１・ｚ３）である。また角度θ１，θ３の符号は、図２（ａ）において時計回りを＋、角度θ２’は図２（ａ）または図３を右側面方向から見た時に時計回りを＋とする。
θ２’＝α（θ３−θ１）・・・・・・・・（１）

即ち差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、リンク１２の旋回角度θ３とリンク１１の旋回角度θ１との差に比例する。また、第２単関節筋である駆動源２２Ａの駆動量に相当するリンク１１に対するリンク１２の相対的な実際の旋回角度はθ２＝θ３−θ１である。従って、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は第２単関節筋である駆動源２２Ａの駆動量に相当する角度θ２に比例する。このように上記の式（１）を満足する差動入出力部Ｄに第２駆動源である駆動源２２Ａを接続し、比例係数αを乗じた量の駆動を行えば、実質的に第２単関節筋と等価な動作が可能となる。以下に具体例を示す。

［第１の動作］
まず第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａのみがトルクを発生するものとする。また、第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａはトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。また、二関節筋に相当する駆動源２３Ａはトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２２Ａの出力軸８Ａより発生するトルクと回転は、第１の歯車５１より、第２の歯車５２、第４の歯車５４−１，５４−２、第６の歯車５６へと順次伝達される。第６の歯車５６と共に、駆動源２３Ａの出力軸９Ａは逆駆動される。また第１の歯車５１より、第３の歯車５３、第５の歯車５５−１，５５−２、第７の歯車５７へも順次伝達される。これらの２つの経路で伝達されるトルクの大きさは等しい。最後に第６の歯車５６と第７の歯車５７からそれぞれ第８の歯車５８にトルクと回転が伝達される。両トルクは伝達軸４１に対し、回転中心線Ｘ２ａまわりの同一回転方向に作用する。即ち図３において矢印Ａで示すように、伝達軸４１を自転させるトルクとなる。また両トルクは回動中心線Ｚ０まわりには互いに逆回転方向に作用する。その結果相殺し、伝達軸４１を公転させるトルクとはならない。その結果、トルクと回転は伝達軸４１より伝達機構部４２の第９の歯車５９、第１０の歯車６０へ伝達され、図６（ａ）に示すようにリンク１２が旋回する。

この動作においては、リンク１２のみが旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１は旋回せず（旋回角度θ１＝０）、実際に第２単関節筋のみを動作させたと仮定した場合と矛盾のない結果となる。

［第２の動作］
次に二関節筋に相当する駆動源２３Ａのみがトルクを発生し、第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａ、及び第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａはトルクを発生せずに弾性力のみ生じる場合の動作について説明する。

駆動源２３Ａの出力軸９Ａより発生するトルクと回転は、第６の歯車５６より第８の歯車５８へと伝達される。このトルクは第６の歯車５６と噛合う第８の歯車５８の上側のみに作用する。その結果、図３に矢印Ａで示すように、伝達軸４１を回転中心線Ｘ２ａのまわりに自転させるトルクとなる。また同時に図３（ａ）及び図３（ｃ）に矢印Ｂで示すように、伝達軸４１を回動中心線Ｚ０のまわりに公転させるトルクとなる。

伝達軸４１を自転させるトルクは、伝達機構部４２の第９の歯車５９、第１０の歯車６０へ伝達され、図６（ｂ）に示すようにリンク１２が旋回する。また伝達軸４１を公転させるトルクによりリンク１１も旋回する。またリンク１１に作用するトルクと回転により、駆動源２１Ａの出力軸７Ａは逆駆動される。またトルクと回転は、第６の歯車５６より第４の歯車５４−１，５４−２、第２の歯車５２、第１の歯車５１へも順次伝達され、駆動源２２Ａの出力軸８Ａも逆駆動される。

この動作においては、リンク１２は旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１も旋回する（旋回角度θ１）ので、実際に二関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。ただし旋回角度θ１及び旋回角度θ３は、駆動源２１Ａ及び駆動源２２Ａが生じる弾性によって決まる。

［第３の動作］
次に第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａのみがトルクを発生するものとする。また、第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａはトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。また、二関節筋に相当する駆動源２３Ａはトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２１Ａは、出力軸７Ａから出力したトルクをリンク１１の関節Ｊ１に直接作用させ、図６（ｃ）で示すようにリンク１１を旋回させる。このとき、伝達軸４１を回転中心線Ｘ２ａのまわりに自転させる図３に矢印Ａで示すトルクは作用せず、回動中心線Ｚ０のまわりに公転させる矢印Ｂで示すトルクのみが作用する。その結果、伝達軸４１は回動中心線Ｚ０のまわりに公転し、それに伴って第６の歯車５６、第７の歯車５７、及び第８の歯車５８もすべて一体となって、回動中心線Ｚ０のまわりに回動する。第６の歯車５６と共に、駆動源２３Ａの出力軸９Ａは逆駆動される。また第１の歯車５１、第２の歯車５２、及び第３の歯車５３は回転せず、第４の歯車５４−１、５４−２と第５の歯車５５−１、５５−２は自転しながら、回転支持部材４３とともに回動中心線Ｚ０のまわりを公転する。

この動作においては、リンク１１が旋回し（旋回角度θ１）、リンク１２も一体的に旋回するので（旋回角度θ３はθ１に等しい）、実際に第１単関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。

以上、駆動源２１Ａ、駆動源２２Ａ、駆動源２３Ａ及び駆動力伝達機構１３０Ａの動作について説明したが、対を成す駆動源２２Ｂ、駆動源２３Ｂ、駆動源２１Ｂ及び駆動力伝達機構１３０Ｂの動作もこれと同一である。

また、本実施例１における差動機構部１３２Ａ，１３２Ｂは、伝達軸４１の回動に関わらず、回転速度比Ｒは一定に保たれ、位置や速度に誤差が生じることはない。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係るロボットアームについて図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例２に係るロボットアームの構成を示す説明図であり、図７（ａ）はロボットアームの上面図、図７（ｂ）はロボットアームの側面図である。なお、本実施例２においては、差動機構部２３２Ａ，２３２Ｂを除く構成は、上記実施例１と同一である。

ロボットアーム２００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム２００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１Ａ，２１Ｂと、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２Ａ，２２Ｂと、を備えている。また、ロボットアーム２００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３Ａ，２３Ｂを備えている。これら駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂとして出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

ここで、第１駆動源である駆動源２１Ａ，２１Ｂは各々その出力軸７Ａ，７Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２１Ａ，２１Ｂは関節Ｊ１に対して第１単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第２駆動源である駆動源２２Ａ，２２Ｂは各々その出力軸８Ａ，８Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２２Ａ，２２Ｂは、関節Ｊ２に対して第２単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１２の関節Ｊ２に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第３駆動源である駆動源２３Ａ，２３Ｂは各々その出力軸９Ａ，９Ｂから弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２３Ａ，２３Ｂは、関節Ｊ１と関節Ｊ２の両方にまたがる二関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１とリンク１２の関節Ｊ２の両方に弾性力を伴うトルクを作用させる。

駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは内蔵する弾性要素を介することによって、弾性力を伴うトルクを出力軸から出力する。出力軸のまわりの弾性（回転角に応じた復元トルクの発生）は非線形な特性であるか、または可変である。これにより関節のまわりのトルクと剛性とを独立に変えることが可能となり、その結果、リンク１２の先端における出力方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になる。また弾性を利用した俊敏な動作にも応用ができる。駆動源が弾性を有することにより、他の駆動源が出力するトルクなど外的な力が出力軸に作用した場合には、その大きさに応じてその駆動源は逆駆動される。本実施例２では、駆動源２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、電動式の回転モータである。

更に、ロボットアーム２００は、駆動力伝達機構２３０Ａを備えている。駆動力伝達機構２３０Ａは、駆動源２３Ａにより関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３Ａの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構２３０Ａは、駆動源２２Ａにより関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２Ａの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

更に、ロボットアーム２００は、駆動力伝達機構２３０Ｂを備えている。駆動力伝達機構２３０Ｂは、駆動源２３Ｂにより関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３Ｂの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構２３０Ｂは、駆動源２２Ｂにより関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２Ｂの駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構２３０Ａは、伝達部２３１Ａと、差動機構部２３２Ａと、を有している。伝達部２３１Ａは、リンク１２と駆動源２３Ａとを接続するように設けられている。差動機構部２３２Ａは、リンク１１と伝達部２３１Ａとの間に設けられる。駆動力伝達機構２３０Ｂは、伝達部２３１Ｂと、差動機構部２３２Ｂと、を有している。伝達部２３１Ｂは、リンク１２と駆動源２３Ｂとを接続するように設けられている。差動機構部２３２Ｂは、リンク１１と伝達部２３１Ｂとの間に設けられる。

本実施例２においても、駆動源２３Ａ，２３Ｂを基台１上に固定したので、駆動源２３Ａ，２３Ｂからリンク１２（関節Ｊ２）に対して、伝達部２３１Ａ，２３１Ｂを介してトルクと回転の伝達を行う。また駆動源２２Ａ，２２Ｂも基台１上に固定したので、伝達部２３１Ａ，２３１Ｂとリンク１１との間に設けた差動機構部２３２Ａ，２３２Ｂを介してトルクと回転の伝達を行う。

なお伝達部２３１Ａと伝達部２３１Ｂとの構成、及び差動機構部２３２Ａと差動機構部２３２Ｂとは同一で対を成し、ロボットアームにおいて、両者は上下対称に配置されている。以降、伝達部２３１Ａ、差動機構部２３２Ａについてのみ詳細に説明し、伝達部２３１Ｂ、差動機構部２３２Ｂについては、同一符号を付して説明を省略する。

伝達部２３１Ａは、軸部材である伝達軸４１と、第１伝達機構部である伝達機構部４２とにより構成される。伝達軸４１はリンク１１上において、回動中心線Ｚ０に垂直な回転中心線Ｘ２ａのまわりに回転可能であるように支持されている。また第１のリンク１１と伝達軸４１は、一体となって回動中心線Ｚ０のまわりに回動可能である。伝達軸４１の一端は差動機構部２３２Ａに接続され、他端とリンク１２との間には、伝達機構部４２が接続される。

次に差動機構部２３２Ａの構成について説明する。図８は、差動機構部２３２Ａの構成を示す説明図である。差動機構部２３２Ａは、基台１上の関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０上に設けられる。差動機構部２３２Ａは、中心傘歯車である第１の歯車６１、遊星傘歯車である第２の歯車６２、第２伝達機構部である回転継手機構６３から構成される。第１の歯車６１と第２の歯車６２は傘歯車であり、その歯数は等しい。また回転継手機構６３は、第１回転軸６４と第２回転軸６５を連結した等速ジョイントである。ここで第１の歯車６１は、第１の入出力部Ｃ１に対応し、第２の歯車６２は、第２の入出力部Ｃ２に対応する。回転継手機構６３の第１回転軸６４は差動入出力部Ｄに対応し、第２駆動源である駆動源２２Ａの出力軸８Ａに取り付けられ、回動中心線Ｚ０に垂直な回転中心線Ｘ１ａのまわりに回転が可能である。また第２回転軸６５は第２の歯車６２に取り付けられる。

第１の歯車６１は、第３駆動源である駆動源２３Ａの出力軸９Ａに取り付けられ、回動中心線Ｚ０のまわりに回転駆動される。第２の歯車６２は、伝達軸４１の関節Ｊ１寄りの一端に取り付けられ、上部において第１の歯車６１と噛み合い、トルクと回転が伝達される。第２の歯車６２は伝達軸４１と一体的に回転中心線Ｘ２ａのまわりに回転（自転）が可能であり、さらに回動中心線Ｚ０のまわりに回動（公転）が可能である。

次に伝達機構部４２について説明する。伝達機構部４２の構成は、図２に示した実施例１と同一であり、第９の歯車５９と第１０の歯車６０から成る。伝達軸４１より第９の歯車５９、第１０の歯車６０、リンク１２の順でトルクと回転が伝達される。

本実施例２では、第１の入出力部Ｃ１としての第１の歯車６１が中心傘歯車Ｍ１であり、第２の入出力部Ｃ２としての第２の歯車６２の支持部（リンク１１上の軸受部）がキャリアＴである。また、第２の歯車６２が遊星傘歯車Ｐである。差動入出力部Ｄとしては、第２の歯車６２の自転に連動する回転継手機構６３の第１回転軸６４が割り当てられている。

つまり、第１の歯車６１は、第３駆動源２３Ａの出力軸９Ａの回転に伴って回転する中心傘歯車である。また、第２の歯車６２は、中心傘歯車である第１の歯車６１に噛合する遊星傘歯車である。

また、軸部材である伝達軸４１の一端は、第２の歯車６２の回転中心に固定されている。伝達軸４１は、第２の歯車６２の公転に伴ってリンク１１と一体に旋回するようにリンク１１に支持されている。

本実施例２では、第２伝達機構部である回転継手機構６３が、第２駆動源である駆動源２２Ａの出力軸８Ａの回転を、第２の歯車６２を介して伝達軸４１に伝達する。

次に本実施例２によるロボットアーム２００の駆動力伝達機構２３０Ａの動作について詳細に説明する。基準となるある角度（例えば図７（ａ）において、回動中心線Ｚ０より水平左方向）からのリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３とする。

このとき、第１の入出力部Ｃ１に対応する第１の歯車６１の回転角度はθ３、第２の入出力部Ｃ２に対応する第１の歯車６２の回動（公転）角度はθ１となる。また、第１の歯車６２の回転（自転）角度はθ３−θ１となる。回転継手機構６３を介することによって、差動入出力部Ｄである第１回転軸６４の回転角度θ２’は、第２回転軸６５に接続された第１の歯車６２の回転角度に一致するので、次式（２）で表される。ただし本実施例２においては、比例係数αは１である。
θ２’＝α（θ３−θ１）・・・・・・・・（２）

即ち差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、リンク１２の旋回角度θ３とリンク１１の旋回角度θ１との差に比例（本実施例２においては一致）する。また、第２単関節筋である駆動源２２Ａの駆動量に相当するリンク１１に対するリンク１２の相対的な実際の旋回角度はθ２＝θ３−θ１である。従って、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、第２単関節筋である駆動源２２Ａの駆動量に相当する角度θ２に比例（本実施例２においては一致）する。このように上記の式（２）を満足する差動入出力部Ｄに第２駆動源である駆動源２２Ａを接続すれば、実質的に第２単関節筋と等価な動作が可能となる。以下に具体例を示す。

［第１の動作］
まず第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａのみがトルクを発生するものとする。また、第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａはトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３Ａはトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２２Ａの出力軸８Ａより発生するトルクと回転は、回転継手機構６３を介して第１の歯車６２、伝達軸４１に伝達される。さらに、トルクと回転は、伝達軸４１より伝達機構部４２の第９の歯車５９、第１０の歯車６０へ伝達され、図９（ａ）に示すように、リンク１２が旋回する。またトルクと回転は第１の歯車６２より第１の歯車６１へ伝達され、駆動源２３Ａの出力軸９Ａが逆駆動される。

この動作においては、リンク１２のみが旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１は旋回せず（旋回角度θ１＝０）、実際に第２単関節筋のみを動作させたと仮定した場合と矛盾のない結果となる。

［第２の動作］
次に二関節筋に相当する駆動源２３Ａのみがトルクを発生し、第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａ及び第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａはトルクを発生せずに弾性力のみ生じる場合の動作について説明する。

駆動源２３Ａの出力軸９Ａより発生するトルクと回転は、第１の歯車６１より第２の歯車６２へと伝達される。このトルクは第１の歯車６１と噛合う第２の歯車６２の上側のみに作用する。その結果、図８に矢印Ａで示すように、伝達軸４１を回転中心線Ｘ２ａのまわりに自転させるトルクとなる。また同時に伝達軸４１を回動中心線Ｚ０のまわりに公転させるトルクとなる。

伝達軸４１を自転させるトルクは、伝達機構部４２の第９の歯車５９、第１０の歯車６０へ伝達され、図９（ｂ）に示すように、リンク１２が旋回する。また伝達軸４１を公転させるトルクによりリンク１１も旋回する。またリンク１１に作用するトルクと回転により、駆動源２１Ａの出力軸７Ａは逆駆動される。またトルクと回転は、第１の歯車６２より回転継手機構６３に伝達され、駆動源２２Ａの出力軸８Ａも逆駆動される。

この動作においては、リンク１２は旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１も旋回する（旋回角度θ１）ので、実際に二関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。ただし旋回角度θ１及び旋回角度θ３は、駆動源２１Ａ及び駆動源２２Ａが生じる弾性によって決まる。

［第３の動作］
次に第１単関節筋に相当する駆動源２１Ａのみがトルクを発生するものとする。また、第２単関節筋に相当する駆動源２２Ａはトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３Ａはトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２１Ａは、出力軸７Ａから出力したトルクをリンク１１の関節Ｊ１に直接作用させ、図９（ｃ）に示すように、リンク１１を旋回させる。このとき、伝達軸４１を回転中心線Ｘ２ａのまわりに自転させる図８に矢印Ａで示すトルクは作用せず、回動中心線Ｚ０のまわりに公転させるトルクのみが作用する。その結果、伝達軸４１は回動中心線Ｚ０のまわりに公転するが自転はしない。

この動作においては、リンク１１が旋回し（旋回角度θ１）、リンク１２も一体的に旋回する（旋回角度θ３が旋回角度θ１に等しい）ので、実際に第１単関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。

以上、駆動源２１Ａ、駆動源２２Ａ、駆動源２３Ａ及び駆動力伝達機構２３０Ａの動作について説明したが、対を成す駆動源２２Ｂ、駆動源２３Ｂ、駆動源２１Ｂ及び駆動力伝達機構２３０Ｂの動作もこれと同一である。

また本実施例２において、回転継手機構６３は等速ジョイントとしたが、等速性のない一般的なユニバーサルジョイントにおいては、回転速度比Ｒが一定（等速）であるのは２軸が１８０°の位置関係である場合に限られる。それ以外では軸の回転に伴い回転速度比Ｒが変動する。そのため、これを補正する複雑な制御を行わない限り、アーム先端の位置や速度に誤差が生じるという問題がある。しかし、本実施例２における差動機構部２３２Ａ、２３２Ｂは、伝達軸４１の回動に関わらず、回転速度比Ｒは一定に保たれ、位置や速度に誤差が生じることはない。

また、本実施例２において、差動機構部２３２Ａ，２３２Ｂに使用した等速ジョイントは、第１回転軸６４と第２回転軸６５が１８０°の関係である位置を中心に、回動可能な範囲がせいぜい±１８°程度である。

これに対して、上記実施例１の差動機構部１３２Ａ，１３２Ｂの回動可能な範囲は、図３（ｃ）により説明したように±１１０°以上である。従って、ロボットアームの動作範囲を拡大できる効果は上記実施例１の方が高い。

また、実施例１及び実施例２において、駆動源２１Ａ，２１Ｂ、駆動源２２Ａ，２２Ｂ及び駆動源２３Ａ，２３Ｂのそれぞれについて、対を成す２つの駆動源の発生するトルクの和によって各関節Ｊ１，Ｊ２の角度を制御する。この場合、両トルクを関節まわりに互いに逆方向に、即ち拮抗するように作用させながら制御することにより、伝達部２３１Ａ，２３１Ｂが持つバックラッシュの影響を除去し、各関節角度制御における精度を高めることができる。ただしバックラッシュの影響の除去が不要である場合には、必ずしも駆動源及び駆動力伝達機構は対を成す構成とする必要はなく、以下に説明する実施例３〜実施例５のように単一でよい。

（実施例３）
以下、本発明の実施例３に係るロボットアームについて図面を用いて説明する。図１０は、本発明の実施例３に係るロボットアームの構成を示す説明図であり、図１０（ａ）はロボットアームの上面図、図１０（ｂ）はロボットアームの側面図である。

ロボットアーム３００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム３００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１と、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２と、を備えている。また、ロボットアーム３００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３を備えている。これら駆動源２１，２２，２３は、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２１，２２，２３として出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

ここで、第１駆動源である駆動源２１は、その出力軸７から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２１は関節Ｊ１に対して第１単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第２駆動源である駆動源２２は、その出力軸８から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２２は、関節Ｊ２に対して第２単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１２の関節Ｊ２に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第３駆動源である駆動源２３は、その出力軸９から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２３は、関節Ｊ１と関節Ｊ２の両方にまたがる二関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１とリンク１２の関節Ｊ２の両方に弾性力を伴うトルクを作用させる。

駆動源２１，２２，２３は、内蔵する弾性要素を介することによって、弾性力を伴うトルクを出力軸から出力する。出力軸のまわりの弾性（回転角に応じた復元トルクの発生）は非線形な特性であるか、または可変である。これにより関節のまわりのトルクと剛性とを独立に変えることが可能となり、その結果、リンク１２の先端における出力方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になる。また弾性を利用した俊敏な動作にも応用ができる。駆動源が弾性を有することにより、他の駆動源が出力するトルクなど外的な力が出力軸に作用した場合には、その大きさに応じてその駆動源は逆駆動される。本実施例３では、駆動源２１，２２，２３は、電動式の回転モータである。

更に、ロボットアーム３００は、駆動力伝達機構３３０を備えている。駆動力伝達機構３３０は、駆動源２３により関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構３３０は、駆動源２２により関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構３３０は、リンク機構部である平行リンク機構３３１と、差動機構部３３２と、を有している。平行リンク機構３３１は、リンク１２と駆動源２３との間に設けられている。差動機構部３３２は、基台１上の関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０上に固定された第１関節回動軸１３に支持される。

本実施例３においても、駆動源２３を基台１上に固定したので、駆動源２３からリンク１２（関節Ｊ２）に対して、平行リンク機構３３１を介してトルクと回転の伝達を行う。また駆動源２２も基台１上に固定したので、平行リンク機構３３１とリンク１１との間に設けた差動機構部３３２を介してトルクと回転の伝達を行う。

平行リンク機構３３１は、関節Ｊ１において差動機構部３３２を構成する第２回転体としての第８の歯車３５８に一体的に突設された第１の伝達リンク３４１と、関節Ｊ２においてリンク１２より側方に突設された第２の伝達リンク３４２とを有している。また、平行リンク機構３３１は、伝達リンク３４１と伝達リンク３４２とを連結する第３の伝達リンク３４３を有している。

伝達リンク３４３はリンク１１に平行に設けられ、その両端は伝達リンク３４１及び伝達リンク３４２の先端に回動可能に接続される。平行リンク機構３３１の動作により、リンク１２の旋回と、差動機構部３３２の第１の入出力部Ｃ１である第８の歯車３５８の回転が連動する。

次に差動機構部３３２の構成について説明する。図１１（ａ）は、差動機構部３３２の側断面図である。差動機構部３３２は、第１の歯車３５１〜第９の歯車３５９を有して構成される。第７の歯車３５７、第８の歯車３５８及び第９の歯車３５９は平歯車であり、第１伝達機構部である第５の歯車３５５は、平歯車部及び傘歯車部を備える。その他の歯車３５１，３５２−１，３５２−２，３５３−１，３５３−２，３５６はすべて傘歯車である。

第７の歯車３５７は、差動入出力部Ｄに対応し、第１の歯車３５１とともに円筒状の軸３６５に取り付けられ、図１０に示した第１関節回動軸１３のまわりに回転が可能である。第８の歯車３５８は、第１の入出力部Ｃ１に対応し、第６の歯車３５６とともに円筒状の軸３６６に取り付けられ、第１関節回動軸１３のまわりに回転が可能である。

第５の歯車３５５は、第２の入出力部Ｃ２に対応し、リンク１１の関節Ｊ１に取り付けられ、軸３６６の周囲に回転が可能である。また第４の歯車３５４は、図１０に示すように、支柱３６７−１，３６７−２によって基台１に固定される。

第２の歯車３５２−１，３５２−２と、第３の歯車３５３−１，３５３−２は、共に第１回転体である回転支持体３７１に支持される。図１１（ｂ）に回転支持体３７１の上面図を示す。回転支持体３７１は、円筒状の中心軸３６８、環状部材３６９、及び環状部材３６９の側面を貫き中心軸３６８と直交するように結合する軸３７０−１，３７０−２で構成され、第１関節回動軸１３まわりに回転可能である。

第２の歯車３５２−１，３５２−２と第３の歯車３５３−１，３５３−２は、軸３７０−１，３７０−２まわりに回転可能に支持される。なお、第２の歯車と第３の歯車は、軸対称に複数（本実施例３では２つ）配置するのが望ましい。このような構成により、第２の歯車３５２−１，３５２−２と第３の歯車３５３−１，３５３−２は自転し、かつ回転支持体３７１と一体となって回動中心線Ｚ０まわりに公転が可能である。

第１の歯車３５１と第６の歯車３５６は、同一形状同一寸法であり、第１の歯車３５１は、第２の歯車３５２−１，３５２−２の下部において、直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。また、第６の歯車３５６は、第２の歯車３５２−１，３５２−２の上部において、直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。また、第４の歯車３５４は、第３の歯車３５３−１，３５３−２の下部において、また、第５の歯車３５５は、第３の歯車３５３−１，３５３−２の上部において、それぞれ直交して噛み合う。

図１０（ｂ）に示すように、差動入出力部Ｄに対応する第７の歯車３５７は、駆動源２２の出力軸８に取り付けられた第９の歯車３５９と噛み合いトルクと回転が伝達される。また第１の入出力部Ｃ１に対応する第８の歯車３５８は、駆動源２３の出力軸９に取り付けられた第１０の歯車３６０と噛み合いトルクと回転が伝達される。また第２の入出力部Ｃ２に対応する第５の歯車３５５の平歯車部は、駆動源２１の出力軸７に取り付けられた第１１の歯車３６１と噛み合いトルクと回転が伝達される。

本実施例３では、第１の入出力部Ｃ１として中心歯車Ｍ１である第６の歯車３５６と一体回転する第８の歯車３５８が割り当てられている。また、第２の入出力部Ｃ２としてキャリアＴである回転支持体３７１に連動する第５の歯車３５５が割り当てられている。また、差動入出力部Ｄとして中心歯車Ｍ２である第１の歯車３５１と一体回転する第７の歯車３５７が割り当てられている。

また、本実施例３では、第１の歯車３５１、第７の歯車３５７、第９の歯車３５９及び軸３６５により、第２伝達機構部である伝達機構部３７２が構成されている。

以上、第３駆動源である駆動源２３の出力軸９の回転に伴い、出力軸９の回転が第１０の歯車３６０、第８の歯車３５８、第６の歯車３５６、第２の歯車３５２−１，３５２−２に伝達されることで、第１回転体である回転支持体３７１が回転する。

そして、第１伝達機構部である第５の歯車３５５は、駆動源２３の出力軸９の回転に伴う回転支持体３７１の回転を、関節Ｊ１に伝達してリンク１１を旋回させる。

また、リンク機構部である平行リンク機構３３１は、第２回転体である第８の歯車３５８とリンク１２とに接続されており、第８の歯車３５８の回転によりリンク１２を旋回させる。

一方、第２伝達機構部である伝達機構部３７２は、駆動源２２の出力軸８の回転を、第２の歯車３５２−１，３５２−２に伝達することで、第６の歯車３５６及び軸３６６を介して第８の歯車３５８に伝達し、リンク１２を旋回させる。

次に本実施例３によるロボットアーム３００の駆動力伝達機構３３０の動作について詳細に説明する。基準となるある角度（例えば図１０（ａ）において、回動中心線Ｚ０より水平左方向）からのリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３とする。このとき、第１の入出力部Ｃ１に対応する第８の歯車３５８の回転角度はθ３、第２の入出力部Ｃ２に対応する第５の歯車３５５の回転角度はθ１となる。さらに、差動入出力部Ｄに対応する第７の歯車３５７の回転角度θ２’は、次式（３）で表される。ただし本実施例３においては、比例係数αは−１である。また角度θ１，θ３，θ２’の符号は、図１０（ａ）において、時計回りを＋とする。
θ２’＝α（θ３−θ１）・・・・・・・・（３）

即ち差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、リンク１２の旋回角度θ３とリンク１１の旋回角度θ１との差に比例（本実施例３においては比例係数α＝−１）する。また、第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当するリンク１１に対するリンク１２の相対的な実際の旋回角度はθ２＝θ３−θ１である。従って、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当する角度θ２に比例（本実施例３においては比例係数α＝−１）する。このように上記の式（３）を満足する差動入出力部Ｄに駆動源２２を接続し、比例係数αを乗じた量の駆動を行えば、実質的に第２単関節筋と等価な動作が可能となる。以下に具体例を示す。

［第１の動作］
まず第２単関節筋に相当する駆動源２２のみがトルクを発生するものとする。また、第１単関節筋に相当する駆動源２１はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

第２駆動源である駆動源２２の出力軸８より発生するトルクと回転は、第９の歯車３５９より、第７の歯車３５７、第１の歯車３５１、第２の歯車３５２−１，３５２−２、第６の歯車３５６、第８の歯車３５８へ順次伝達される。第１の伝達リンク３４１を一体的に回動させる。その結果、第１の伝達リンク３４１が第８の歯車３５８と一体的に回動することにより、平行リンク機構３３１が動作し、リンク１２が旋回する。また、トルクと回転は第８の歯車３５８から第１０の歯車３６０へも伝達され、第３駆動源である駆動源２３の出力軸９が逆駆動される。

この動作においては、リンク１２のみが旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１は旋回せず（旋回角度θ１＝０）、実際に第２単関節筋のみを動作させたと仮定した場合と矛盾のない結果となる。

［第２の動作］
次に二関節筋に相当する駆動源２３のみがトルクを発生し、第１単関節筋に相当する駆動源２１及び第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに弾性力のみ生じる場合の動作について説明する。

駆動源２３の出力軸９より発生するトルクと回転は、第１０の歯車３６０より第８の歯車３５８へ伝達され、第１の伝達リンク３４１を一体的に回動させる。その結果、平行リンク機構３３１が動作し、リンク１２が旋回する。

またトルクと回転は第６の歯車３５６へと伝達される。このトルクは第６の歯車３５６と噛合う第２の歯車３５２−１，３５２−２の上側のみに作用する。その結果、第２の歯車３５２−１，３５２−２を自転させるトルクとなると同時に、回動中心線Ｚ０のまわりに公転させるトルクとなり、回転支持体３７１が回転する。その結果、第３の歯車３５３−１，３５３−２が自転しつつ公転し、これによりトルクと回転は第５の歯車３５５へ伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。

またトルクと回転は第５の歯車３５５より第１１の歯車３６１に伝達され、駆動源２１の出力軸７が逆駆動される。またトルクと回転は、第２の歯車３５２−１，３５２−２より第１の歯車３５１、第７の歯車３５７、第９の歯車３５９へも順次伝達され、駆動源２２の出力軸８も逆駆動される。

この動作においては、リンク１２は旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１も旋回する（旋回角度θ１）ので、実際に二関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。ただし旋回角度θ１及び旋回角度θ３は、駆動源２１及び駆動源２２が生じる弾性によって決まる。

［第３の動作］
次に第１単関節筋に相当する駆動源２１のみがトルクを発生するものとする。また、第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２１の出力軸７より発生するトルクと回転は、第１１の歯車３６１より第５の歯車３５５へと伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。

また、第５の歯車３５５に噛み合う第３の歯車３５３−１，３５３−２が自転しつつ公転し、回転支持体３７１が回転するので、第２の歯車３５２−１，３５２−２も自転しつつ公転する。さらにトルクと回転は、第２の歯車３５２−１，３５２−２より第６の歯車３５６、第８の歯車３５８へ伝達され、第１の伝達リンク３４１を一体的に回動させる。その結果、平行リンク機構３３１が動作し、リンク１２も旋回する。

またトルクと回転は、第８の歯車３５８から第１０の歯車３６０へも伝達され、駆動源２３の出力軸９が逆駆動される。

この動作においては、リンク１１が旋回し（旋回角度θ１）、リンク１２も一体的に旋回する（旋回角度θ３が旋回角度θ１に等しい）ので、実際に第１単関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。

（実施例４）
以下、本発明の実施例４に係るロボットアームについて図面を用いて説明する。図１２は、本発明の実施例４に係るロボットアームの構成を示す説明図であり、図１２（ａ）はロボットアームの上面図、図１２（ｂ）はロボットアームの側面図である。

ロボットアーム４００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム４００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１と、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２と、を備えている。また、ロボットアーム４００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３を備えている。これら駆動源２１，２２，２３は、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２１，２２，２３として出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

ここで、第１駆動源である駆動源２１は、その出力軸７から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２１は関節Ｊ１に対して第１単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第２駆動源である駆動源２２は、その出力軸８から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２２は、関節Ｊ２に対して第２単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１２の関節Ｊ２に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第３駆動源である駆動源２３は、その出力軸９から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２３は、関節Ｊ１と関節Ｊ２の両方にまたがる二関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１とリンク１２の関節Ｊ２の両方に弾性力を伴うトルクを作用させる。

駆動源２１，２２，２３は、内蔵する弾性要素を介することによって、弾性力を伴うトルクを出力軸から出力する。出力軸のまわりの弾性（回転角に応じた復元トルクの発生）は非線形な特性であるか、または可変である。これにより関節のまわりのトルクと剛性とを独立に変えることが可能となり、その結果、リンク１２の先端における出力方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になる。また弾性を利用した俊敏な動作にも応用ができる。駆動源が弾性を有することにより、他の駆動源が出力するトルクなど外的な力が出力軸に作用した場合には、その大きさに応じてその駆動源は逆駆動される。本実施例４では、駆動源２１，２２，２３は、電動式の回転モータである。

更に、ロボットアーム４００は、駆動力伝達機構４３０を備えている。駆動力伝達機構４３０は、駆動源２３により関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構４３０は、駆動源２２により関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構４３０は、リンク機構部である平行リンク機構４３１と、差動機構部４３２と、を有している。平行リンク機構４３１は、リンク１２と駆動源２３との間に設けられている。差動機構部４３２は、基台１上の関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０上に固定された第１関節回動軸１３に支持される。

本実施例４においても、駆動源２３を基台１上に固定したので、駆動源２３からリンク１２（関節Ｊ２）に対して、平行リンク機構４３１を介してトルクと回転の伝達を行う。また駆動源２２も基台１上に固定したので、平行リンク機構４３１とリンク１１との間に設けた差動機構部４３２を介してトルクと回転の伝達を行う。

平行リンク機構４３１は、関節Ｊ２においてリンク１２より側方に突設された伝達リンク４４２を有している。また、平行リンク機構４３１は、関節Ｊ１において差動機構部４３２の第２回転体である第５の歯車４５５と伝達リンク４４２とを連結する伝達リンク４４３を有している。

伝達リンク４４３はリンク１１に平行に設けられ、その両端は第５の歯車４５５の端部及び伝達リンク４４２の先端に回動可能に接続される。平行リンク機構４３１の動作により、リンク１２の旋回と、差動機構部４３２の第１の入出力部Ｃ１である第５の歯車４５５の回転が連動する。

次に差動機構部４３２の構成について説明する。図１３（ａ）は、差動機構部４３２の側断面図である。本実施例４における差動機構部４３２の構成は、第１の入出力部Ｃ１と第２の入出力部Ｃ２が逆になっている点を除き、図１１に示した上記実施例３と同一である。

差動機構部４３２は、第１の歯車４５１〜第９の歯車４５９を有して構成される。第７の歯車４５７、第８の歯車４５８及び第９の歯車４５９は平歯車であり、第２回転体である第５の歯車４５５は、平歯車部及び傘歯車部を備える。その他の歯車４５１，４５２−１，４５２−２，４５３−１，４５３−２，４５６はすべて傘歯車である。

第７の歯車４５７は、差動入出力部Ｄに対応し、第１の歯車４５１とともに円筒状の軸４６５に取り付けられ、図１２に示した第１関節回動軸１３のまわりに回転が可能である。第８の歯車４５８は、第２の入出力部Ｃ２に対応し、第６の歯車４５６とともに円筒状の軸４６６に取り付けられ、第１関節回動軸１３のまわりに回転が可能である。

第５の歯車４５５は、第１の入出力部Ｃ１に対応し、端部に伝達リンク４４２が接続され、軸４６６まわりに回転が可能である。また第４の歯車４５４は、図１２に示すように、支柱４６７−１，４６７−２によって基台１に固定される。

第２の歯車４５２−１，４５２−２と、第３の歯車４５３−１，４５３−２は、共に第１回転体である回転支持体４７１に支持される。図１３（ｂ）に回転支持体４７１の上面図を示す。回転支持体４７１は、円筒状の軸４６８、環状部材４６９、及び環状部材４６９の側面を貫き軸４６８と直交するように結合する軸４７０−１，４７０−２で構成され、第１関節回動軸１３まわりに回転可能である。

第２の歯車４５２−１，４５２−２と第３の歯車４５３−１，４５３−２は、軸４７０−１，４７０−２まわりに回転可能に支持される。なお、第２の歯車と第３の歯車は、軸対称に複数（本実施例４では２つ）配置するのが望ましい。このような構成により、第２の歯車４５２−１，４５２−２と第３の歯車４５３−１，４５３−２は自転し、かつ回転支持体４７１と一体となって回動中心線Ｚ０まわりに公転が可能である。

第１の歯車４５１と第６の歯車４５６は、同一形状同一寸法であり、第１の歯車４５１は、第２の歯車４５２−１，４５２−２の下部において、直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。また、第６の歯車４５６は、第２の歯車４５２−１，４５２−２の上部において、直交して噛み合い、トルクと回転が伝達される。また、第４の歯車４５４は、第３の歯車４５３−１，４５３−２の下部において、また、第５の歯車４５５は、第３の歯車４５３−１，４５３−２の上部において、それぞれ直交して噛み合う。

図１２（ｂ）に示すように、差動入出力部Ｄに対応する第７の歯車４５７は、駆動源２２の出力軸８に取り付けられた第９の歯車４５９と噛み合いトルクと回転が伝達される。また第２の入出力部Ｃ２に対応する第８の歯車４５８は、駆動源２１の出力軸７に取り付けられた第１０の歯車４６０と噛み合いトルクと回転が伝達される。また第１の入出力部Ｃ１に対応する第５の歯車４５５の平歯車部は、駆動源２３の出力軸９に取り付けられた第１１の歯車４６１と噛み合いトルクと回転が伝達される。

本実施例４では、第１の入出力部Ｃ１としてキャリアＴである回転支持体４７１に連動する第５の歯車４５５が割り当てられている。また、第２の入出力部Ｃ２として中心歯車Ｍ１である第６の歯車４５６と一体回転する第８の歯車４５８が割り当てられている。また、差動入出力部Ｄとして中心歯車Ｍ２である第１の歯車４５１と一体回転する第７の歯車４５７が割り当てられている。

また、本実施例４では、第６の歯車４５６、軸４６６及び第８の歯車４５８により、第１伝達機構部である伝達機構部４８１が構成されている。また、本実施例４では、第１の歯車４５１、第７の歯車４５７、第９の歯車４５９及び軸４６５により、第２伝達機構部である伝達機構部４８２が構成されている。

以上、第３駆動源である駆動源２３の出力軸９の回転に伴い、出力軸９の回転が第１１の歯車４６１に伝達されることで、第２回転体である第５の歯車４５５が回転する。

リンク機構部である平行リンク機構４３１は、第２回転体である第５の歯車４５５とリンク１２とに接続されており、第５の歯車４５５の回転によりリンク１２を旋回させる。

また、第２回転体である第５の歯車４５５の回転に伴って、第１回転体である回転支持体４７１が回転し、第２の歯車４５２−１，４５２−２の自転及び公転により第１伝達機構部である伝達機構部４８１の第６の歯車４５６が回転する。これにより、伝達機構部４８１の第８の歯車４５８が回転し、リンク１１が旋回する。このように、第１伝達機構部である伝達機構部４８１は、第１回転体である回転支持体４７１の回転を関節Ｊ１に伝達してリンク１１を旋回させる。

一方、伝達機構部４８２は、駆動源２２の出力軸８の回転を、第２の歯車４５２−１，４５２−２に伝達することで、第１回転体である回転支持体４７１を回転させ、第２回転体である第５の歯車４５５を回転させて、平行リンク機構４３１を動作させる。このように、第２伝達機構部である伝達機構部４８２は、駆動源２２の出力軸８の回転を第２回転体である第５の歯車４５５に伝達して、リンク１２を旋回させる。

次に本実施例４によるロボットアーム４００の駆動力伝達機構４３０の動作について詳細に説明する。基準となるある角度（例えば図１２（ａ）において、回動中心線Ｚ０より水平左方向）からのリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３とする。このとき、第２の入出力部Ｃ２に対応する第８の歯車４５８の回転角度はθ１、第１の入出力部Ｃ１に対応する第５の歯車４５５の回転角度はθ３となる。さらに差動入出力部Ｄに対応する第７の歯車４５７の回転角度θ２’は次式（４）で表される。ただし本実施例４においては、比例係数αは１である。また角度θ１，θ３，θ２’の符号は、図１２（ａ）において時計回りを＋とする。
θ２’＝α（θ３−θ１）・・・・・・・・（４）

即ち差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、リンク１２の旋回角度θ３とリンク１１の旋回角度θ１との差に比例（本実施例４においては比例係数α＝１）する。また第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当するリンク１１に対するリンク１２の相対的な実際の旋回角度はθ２＝θ３−θ１である。従って、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当する角度θ２に比例（本実施例４においては比例係数α＝１）する。このように上記の式（４）を満足する差動入出力部Ｄに駆動源２２を接続し、比例係数αを乗じた量の駆動を行えば、実質的に第２単関節筋と等価な動作が可能となる。以下に具体例を示す。

［第１の動作］
まず第２単関節筋に相当する駆動源２２のみがトルクを発生するものとする。また、第１単関節筋に相当する駆動源２１はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２２の出力軸８より発生するトルクと回転は、第９の歯車４５９より、第７の歯車４５７、第１の歯車４５１へ伝達される。第１の歯車４５１に噛み合う第２の歯車４５２−１，４５２−２が自転しつつ公転し、回転支持体４７１が回転するので、第３の歯車４５３−１，４５３−２も自転しつつ公転する。さらにトルクと回転は第５の歯車４５５へ伝達され、その結果、平行リンク機構４３１が動作し、リンク１２が旋回する。またトルクと回転は、第５の歯車４５５より第１１の歯車４６１へ伝達され、駆動源２３の出力軸９が逆駆動される。

この動作においては、リンク１２のみが旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１は旋回せず（旋回角度θ１＝０）、実際に第２単関節筋のみを動作させたと仮定した場合と矛盾のない結果となる。

［第２の動作］
次に二関節筋に相当する駆動源２３のみがトルクを発生し、第１単関節筋に相当する駆動源２１及び第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに弾性力のみ生じる場合の動作について説明する。

駆動源２３の出力軸９より発生するトルクと回転は、第１１の歯車４６１より第５の歯車４５５へと伝達される。その結果、平行リンク機構４３１が動作し、リンク１２が旋回する。また、第５の歯車４５５と噛合う第３の歯車４５３−１，４５３−２が自転しつつ公転し、回転支持体４７１が回転するので、第２の歯車４５２−１，４５２−２が自転しつつ公転する。これにより、トルクと回転は第６の歯車４５６から第８の歯車４５８へ伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。

また、トルクと回転は、第８の歯車４５８より第１０の歯車４６０へ伝達され、駆動源２１の出力軸７が逆駆動される。また、トルクと回転は、第２の歯車４５２−１，４５２−２より第１の歯車４５１、第７の歯車４５７、第９の歯車４５９へも順次伝達され、駆動源２２の出力軸８も逆駆動される。

この動作においては、第２リンク１２は旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１も旋回する（旋回角度θ１）ので、実際に二関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。ただし旋回角度θ１及び旋回角度θ３は、駆動源２１及び駆動源２２が生じる弾性によって決まる。

［第３の動作］
次に第１単関節筋に相当する駆動源２１のみがトルクを発生するものとする。また、第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２１の出力軸７より発生するトルクと回転は、第１０の歯車４６０より第８の歯車４５８へと伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。また、トルクと回転は、第８の歯車４５８より第６の歯車４５６へ伝達される。第６の歯車４５６に噛み合う第２の歯車４５２−１，４５２−２が自転しつつ公転し、回転支持体４７１が回転するので、第３の歯車４５３−１，４５３−２も自転しつつ公転し、第５の歯車４５５が回転する。その結果、平行リンク機構４３１が動作し、リンク１２も旋回する。またトルクと回転は、第５の歯車４５５より第１１の歯車４６１へ伝達され、駆動源２３の出力軸９が逆駆動される。

この動作においては、リンク１１が旋回し（旋回角度θ１）、第２リンク１２も一体的に旋回する（旋回角度θ３が旋回角度θ１に等しい）ので、実際に第１単関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。

（実施例５）
以下、本発明の実施例５に係るロボットアームについて図面を用いて説明する。図１４は、本発明の実施例５に係るロボットアームの構成を示す説明図であり、図１４（ａ）はロボットアームの上面図、図１４（ｂ）はロボットアームの側面図である。

ロボットアーム５００は、基台１と、基台１に第１関節である関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンクであるリンク１１と、リンク１１に第２関節である関節Ｊ２を介して旋回可能に連結された第２リンクであるリンク１２と、を備えている。なお、リンク１２の先端は、目的とする作業に応じて不図示のエンドエフェクタが取り付け可能に構成されている。

ロボットアーム５００は、関節Ｊ１を駆動してリンク１１を旋回させる第１駆動源である駆動源２１と、関節Ｊ２を駆動してリンク１１を旋回させる第２駆動源である駆動源２２と、を備えている。また、ロボットアーム５００は、関節Ｊ１，Ｊ２を同時に駆動してリンク１１，１２を同時に旋回させる第３駆動源である駆動源２３を備えている。これら駆動源２１，２２，２３は、基台１に固定して配置されている。従って、駆動源２１，２２，２３として出力の大きい駆動源を使用した場合であっても、可動部の重量の増加はなく、各リンク１１，１２を高速に駆動することが可能となる。

ここで、第１駆動源である駆動源２１は、その出力軸７から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２１は関節Ｊ１に対して第１単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第２駆動源である駆動源２２は、その出力軸８から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２２は、関節Ｊ２に対して第２単関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１２の関節Ｊ２に対して弾性力を伴うトルクを作用させる。

第３駆動源である駆動源２３は、その出力軸９から弾性力を伴うトルクを出力する。駆動源２３は、関節Ｊ１と関節Ｊ２の両方にまたがる二関節筋と等価な作用をする。即ちリンク１１の関節Ｊ１とリンク１２の関節Ｊ２の両方に弾性力を伴うトルクを作用させる。

駆動源２１，２２，２３は、内蔵する弾性要素を介することによって、弾性力を伴うトルクを出力軸から出力する。出力軸のまわりの弾性（回転角に応じた復元トルクの発生）は非線形な特性であるか、または可変である。これにより関節のまわりのトルクと剛性とを独立に変えることが可能となり、その結果、リンク１２の先端における出力方向の制御や、剛性の大きさと方向の制御が容易になる。また弾性を利用した俊敏な動作にも応用ができる。駆動源が弾性を有することにより、他の駆動源が出力するトルクなど外的な力が出力軸に作用した場合には、その大きさに応じてその駆動源は逆駆動される。本実施例５では、駆動源２１，２２，２３は、電動式の回転モータである。

更に、ロボットアーム５００は、駆動力伝達機構５３０を備えている。駆動力伝達機構５３０は、駆動源２３により関節Ｊ１，Ｊ２を駆動してリンク１１，１２を旋回させる際に、駆動源２３の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２を基台１に対して旋回させる。また、駆動力伝達機構５３０は、駆動源２２により関節Ｊ２を駆動する際に、駆動源２２の駆動量に応じた旋回角度でリンク１２をリンク１１に対して旋回させる。

駆動力伝達機構５３０は、リンク機構部である平行リンク機構５３１と、差動機構部５３２と、を有している。平行リンク機構５３１は、リンク１２と駆動源２３との間に設けられている。差動機構部５３２は、基台１上の関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０上に固定された第１関節回動軸１３からオフセットした位置に設けられている。

本実施例５においても、駆動源２３を基台１上に固定したので、駆動源２３からリンク１２（関節Ｊ２）に対して、平行リンク機構５３１を介してトルクと回転の伝達を行う。また駆動源２２も基台１上に固定したので、平行リンク機構５３１とリンク１１との間に設けた差動機構部５３２を介してトルクと回転の伝達を行う。

平行リンク機構５３１は、関節Ｊ１において差動機構部５３２の第２回転体としての第８の歯車５５８と一体的に突設された第１の伝達リンク５４１と、関節Ｊ２においてリンク１２より側方に突設された第２の伝達リンク５４２と、を有している。また、平行リンク機構５３１は、第１の伝達リンク５４１と第２の伝達リンク５４２とを連結する第３の伝達リンク５４３を有している。第３の伝達リンク５４３は、リンク１１に平行に設けられ、その両端は第１の伝達リンク５４１の先端及び第２の伝達リンク５４２の先端に回動可能に接続される。

次に差動機構部５３２の構成について説明する。図１５（ａ）は、差動機構部５３２の側面図であり、図１５（ｂ）は、差動機構部５３２の下面図である。差動機構部５３２は、第１の歯車５５１〜第６の歯車５５６を有して構成される。これらの歯車５５１〜５５６はすべて平歯車である。

第１の入出力部Ｃ１に対応する第６の歯車５５６は、第４の歯車５５４とともに軸５６０に取り付けられている。さらに回転支持体５７１を構成し、第２の入出力部Ｃ２に対応する第５の歯車５５５が、軸５６０に対して回転可能に取り付けられている。

また、第４の歯車５５４の下方には、差動入出力部Ｄに対応する第１の歯車５５１が設けられている。これらの歯車はいずれも図示しない支持手段によって、関節Ｊ１の回動中心線Ｚ０からオフセットした回動中心線Ｚ０’のまわりに回転が可能であるように支持されている。

図１６（ａ）は、回転支持体５７１の側面図であり、図１６（ｂ）は、回転支持体５７１の下面図である。第１回転体としての回転支持体５７１は、第５の歯車５５５と、第５の歯車５５５と一体化された環状部材５６１と、環状部材５６１の下面から鉛直に設けた軸５６２−１，５６２−２，５６３−１，５６３−２とを有して構成される。

第２の歯車５５２−１，５５２−２は、軸５６２−１，５６２−２に対して、第３の歯車５５３−１，５５３−２は、軸５６３−１、５６３−２に対して回転可能に支持される。第２の歯車５５２−１の上部と第３の歯車５５３−１の下部、及び第２の歯車５５２−２の上部と第３の歯車５５３−２の下部は噛み合っている。第２の歯車５５２−１，５５２−２と第３の歯車５５３−１，５５３−２は自転し、かつ回転支持体５７１すべて一体となって軸５６０まわりに回転（公転）が可能である。なお、第２の歯車と第３の歯車は、軸対称に複数（本実施例５では２つ）配置するのが望ましい。

第１の歯車５５１は、第２の歯車５５２−１，５５２−２の下部において、また第４の歯車５５４は、第３の歯車５５３−１，５５３−２の上部において噛み合い、トルクと回転が伝達される。第１の歯車５５１、第４の歯車５５４、第２の歯車５５２−１，５５２−２、第３の歯車５５３−１，５５３−２の歯数は、すべて等しいとする。

図１４（ｂ）に示すように、差動入出力部Ｄに対応する第１の歯車５５１は、駆動源２２の出力軸８に取り付けられ、トルクと回転が伝達される。また第１の入出力部Ｃ１に対応する第６の歯車５５６は、駆動源２３の出力軸９に取り付けられ、トルクと回転が伝達される。さらに第６の歯車５５６は、第１関節回動軸１３に対して回転可能な第２回転体としての第８の歯車５５８と噛み合う。第８の歯車５５８の歯数は、第６の歯車５５６の歯数の２倍であるとする。第８の歯車５５８には、平行リンク機構５３１を構成する第１の伝達リンク５４１が取り付けられる。

また、第２の入出力部Ｃ２に対応する第５の歯車５５５は、駆動源２１の出力軸７に取り付けられた第７の歯車５５７と噛み合い、トルクと回転が伝達される。さらに第５の歯車５５５は、リンク１１に取り付けられ、一体的に第１関節回動軸１３まわりに回転可能な第９の歯車５５９と噛み合う。第５の歯車５５５の歯数と第９の歯車５５９の歯数は等しいものとする。

本実施例５では、第１の入出力部Ｃ１として中心歯車Ｍ１である第４の歯車５５４と一体回転する第６の歯車５５６が割り当てられている。また、第２の入出力部Ｃ２としてキャリアＴである回転支持体５７１を構成する第５の歯車５５５が割り当てられている。また、差動入出力部Ｄとして中心歯車Ｍ２である第１の歯車５５１が割り当てられている。

また、本実施例５では、第９の歯車５５９が第１伝達機構部として機能する。また、第１の歯車５５１、第２の歯車５５２−１，５５２−２、第３の歯車５５３−１，５５３−２、第４の歯車５５４、第６の歯車５５６により、第２伝達機構部としての伝達機構部５８０が構成されている。

以上、第３駆動源である駆動源２３の出力軸９の回転に伴い、出力軸９の回転が第６の歯車５５６に伝達されることで、第２回転体である第８の歯車５５８が回転する。

リンク機構部である平行リンク機構５３１は、第２回転体である第８の歯車５５８とリンク１２とに接続されており、第８の歯車５５８の回転によりリンク１２を旋回させる。

また、第３駆動源である駆動源２３の出力軸９の回転に伴って、第１回転体である回転支持体５７１が回転する。第１伝達機構部である第９の歯車５５９が回転支持体５７１の回転をリンク１１の関節Ｊ１に伝達することにより、リンク１１を旋回させる。

一方、伝達機構部５８０は、駆動源２２の出力軸８の回転を、第６の歯車５５６に伝達することで、第２回転体である第８の歯車５５８に伝達し、平行リンク機構５３１を動作させる。このように、第２伝達機構部である伝達機構部５８０が、駆動源２２の出力軸８の回転を第２回転体である第８の歯車５５８に伝達して、リンク１２を旋回させる。

次に本実施例５によるロボットアーム５００の駆動力伝達機構５３０の動作について詳細に説明する。基準となるある角度（例えば図１４（ａ）において、回動中心線Ｚ０より水平左方向）からのリンク１１の旋回角度をθ１、リンク１２の旋回角度をθ３とする。このとき、第１の入出力部Ｃ１に対応する第６の歯車５５６の回転角度は−２θ３、第２の入出力部Ｃ２に対応する第５の歯車５５５の回転角度は−θ１となる。さらに差動入出力部Ｄに対応する第１の歯車５５１の回転角度θ２’は次式（５）で表される。ただし本実施例５においては、比例係数αは１である。また角度θ１，θ３，θ２’の符号は、図１４（ａ）において時計回りを＋とする。
θ２’＝α（θ３−θ１）・・・・・・・・（５）

即ち差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、リンク１２の旋回角度θ３とリンク１１の旋回角度θ１との差に比例（本実施例５においては比例係数α＝１）する。また、第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当するリンク１１に対するリンク１２の相対的な実際の旋回角度はθ２＝θ３−θ１である。従って、差動入出力部Ｄの回転角度θ２’は、第２単関節筋である駆動源２２の駆動量に相当する角度θ２に比例（本実施例５においては比例係数α＝１）する。このように上記の式（５）を満足する差動入出力部Ｄに駆動源２２を接続し、比例係数αを乗じた量の駆動を行えば、実質的に第２単関節筋と等価な動作が可能となる。以下に具体例を示す。

［第１の動作］
まず第２単関節筋に相当する駆動源２２のみがトルクを発生するものとする。また、第１単関節筋に相当する駆動源２１はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２２の出力軸８より発生するトルクと回転は、第１の歯車５５１より、第２の歯車５５２−１，５５２−２、第３の歯車５５３−１，５５３−２、第４の歯車５５４、第６の歯車５５６、第８の歯車５５８へ順次伝達される。その結果、第１の伝達リンク５４１が第８の歯車５５８と一体的に回動することにより平行リンク機構５３１が動作し、リンク１２が旋回する。また、第６の歯車５５６が接続された駆動源２３の出力軸９は逆駆動される。

この動作においては、リンク１２のみが旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１は旋回せず（旋回角度θ１＝０）、実際に第２単関節筋のみを動作させたと仮定した場合と矛盾のない結果となる。

［第２の動作］
次に二関節筋に相当する駆動源２３のみがトルクを発生し、第１単関節筋に相当する駆動源２１及び第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに弾性力のみ生じる場合の動作について説明する。

駆動源２３の出力軸９より発生するトルクと回転は、第６の歯車５５６より第８の歯車５５８へ伝達され、第１の伝達リンク５４１を一体的に回動させる。その結果、平行リンク機構５３１が動作し、リンク１２が旋回する。

また、トルクと回転は、第６の歯車５５６より第４の歯車５５４、第３の歯車５５３−１，５５３−２、第２の歯車５５２−１，５５２−２、第１の歯車５５１に伝達され、駆動源２２の出力軸８が逆駆動される。

また、第３の歯車５５３−１，５５３−２を回動中心線Ｚ０’のまわりに公転させるトルクによって、回転支持体５７１が回転する。トルクと回転は、さらに第５の歯車５５５より第９の歯車５５９に伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。

また、トルクと回転は、第５の歯車５５５より第７の歯車５５７に伝達され、駆動源２１の出力軸７も逆駆動される。

この動作においては、第２リンク１２は旋回し（旋回角度θ３）、リンク１１も旋回する（旋回角度θ１）ので、実際に二関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。ただし旋回角度θ１及び旋回角度θ３は、駆動源２１及び駆動源２２が生じる弾性によって決まる。

［第３の動作］
次に第１単関節筋に相当する駆動源２１のみがトルクを発生するものとする。また、第２単関節筋に相当する駆動源２２はトルクを発生せずに十分に大きな弾性力（高剛性）のみ生じるものとする。二関節筋に相当する駆動源２３はトルク及び弾性力を発生しないもの（自由状態）とする。これらの場合の動作について説明する。

駆動源２１の出力軸７より発生するトルクと回転は、第７の歯車５５７より第５の歯車５５５及び第９の歯車５５９へと伝達され、リンク１１を一体的に旋回させる。

さらに、第５の歯車５５５と一体的に回転支持体５７１が回転し、第２の歯車５５２−１，５５２−２が自転しつつ公転する。このトルクと回転は、第３の歯車５５３−１，５５３−２、第４の歯車５５４、第６の歯車５５６、第８の歯車５５８に順次伝達され、第１の伝達リンク５４１を一体的に回動させる。その結果、平行リンク機構５３１が動作し、リンク１２も旋回する。また、第６の歯車５５６が接続された駆動源２３の出力軸９は逆駆動される。

この動作においては、リンク１１が旋回し（旋回角度θ１）、第２リンク１２も一体的に旋回する（旋回角度θ３が旋回角度θ１に等しい）ので、実際に第１単関節筋のみを動作させた場合と矛盾のない結果となる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

差動機構部において、入出力部Ｃ１，Ｃ２、及び差動入出力部Ｄを、１個又は２個の中心歯車Ｍ１，Ｍ２（太陽歯車又は環状歯車）、中心歯車Ｍ１，Ｍ２の周囲を自転しつつ公転可能な遊星歯車Ｐ、及び遊星歯車Ｐを支持するキャリアＴを割り当てた。これらの割り当て方法は、上記実施例１〜５に限られるものではなく、その組み合わせを変えることによっても同等の機能を有する差動機構部を実現できる。さらに各実施例１〜５における歯車の代わりに、その他の回転伝達部材、例えば駆動ローラを用いることもできる。

また各実施例１〜５において説明した第１〜第３の動作は、それぞれ第１駆動源、第２駆動源、第３駆動源がそれぞれ単独で動作する場合の一例であったが、複数の駆動源が同時に動作することも可能である。このような動作においては、ある駆動源が出力軸にトルクを発生させると同時に、他の駆動源によっても同じ出力軸にトルクが加えられる場合がある。このように出力軸に複数のトルクが作用する場合、出力軸はこれらのトルクの和によって回転駆動される。

１…基台、１１…リンク（第１リンク）、１２…リンク（第２リンク）、２１Ａ，２１Ｂ…駆動源（第１駆動源）、２２Ａ，２２Ｂ…駆動源（第２駆動源）、２３Ａ，２３Ｂ…駆動源（第３駆動源）、１００…ロボットアーム、１３０Ａ，１３０Ｂ…駆動力伝達機構

Claims (4)

1. 基台と、
   前記基台に第１関節を介して旋回可能に連結された第１リンクと、
   前記第１リンクに第２関節を介して旋回可能に連結された第２リンクと、
   前記第１関節を駆動して前記第１リンクを旋回させる第１駆動源と、
   前記第２関節を駆動して前記第２リンクを旋回させる第２駆動源と、
   前記第１及び第２関節を同時に駆動して前記第１及び第２リンクを同時に旋回させる第３駆動源と、を備え、
   前記第１、第２及び第３駆動源は、前記基台に配置されていることを特徴とするロボットアーム。
2. 前記第３駆動源により前記第１及び第２関節を駆動する際に、前記第３駆動源の駆動量に応じた旋回角度で前記第２リンクを前記基台に対して旋回させ、前記第２駆動源により前記第２関節を駆動する際に、前記第２駆動源の駆動量に応じた旋回角度で前記第２リンクを前記第１リンクに対して旋回させる駆動力伝達機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記第２及び第３駆動源が回転モータであり、
   前記駆動力伝達機構は、
   前記第３駆動源の出力軸の回転に伴って回転する中心傘歯車と、
   前記中心傘歯車に噛合する遊星傘歯車と、
   前記遊星傘歯車に一端が固定され、前記遊星傘歯車の公転に伴って前記第１リンクと一体に旋回するように前記第１リンクに支持された軸部材と、
   前記遊星傘歯車の自転に伴う前記軸部材の回転を前記第２関節に伝達して前記第２リンクを旋回させる第１伝達機構部と、
   前記第２駆動源の出力軸の回転を前記軸部材に伝達する第２伝達機構部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載のロボットアーム。
4. 前記第２及び第３駆動源が回転モータであり、
   前記駆動力伝達機構は、
   前記第３駆動源の出力軸の回転に伴って回転する第１回転体及び第２回転体と、
   前記第１回転体の回転を前記第１関節に伝達して前記第１リンクを旋回させる第１伝達機構部と、
   前記第２回転体と前記第２リンクとに接続され、前記第２回転体の回転により前記第２リンクを旋回させるリンク機構部と、
   前記第２駆動源の出力軸の回転を前記第２回転体に伝達する第２伝達機構部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のロボットアーム。

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