JP2014054705A - マルチジョイント機構及びマルチジョイント機構による配置パターン生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供すること。
【解決手段】マルチジョイント機構１において、回転軸２０は、本体１０の基端側に、回転自在に支持され、駆動プーリ３０は、回転軸２０に固定され、摩擦部材４０は、本体１０に固定され、回転軸２０の外周面２０ａに接し、外周面２０ａとの間における所定の摩擦力により、回転軸２０に追随して回転し、基端側回転軸受け部１１１ｃは、本体１０の先端側に、先端側において連結されたユニットの回転軸２０を回転自在に支持し、伝達プーリ６０は、回転軸２０に固定され、ベルト７０は、変形自在に形成され、伝達プーリ６０と、先端側において連結されたユニットの駆動プーリ３０と、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する。
【選択図】図６

Description

本発明は、マルチジョイント機構及びマルチジョイント機構による配置パターン生成方法に関し、詳しくは、複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構及びマルチジョイント機構による配置パターン生成方法に関する。

近年、人間と共存するヒューマノイドや手術ロボット等への応用を目的としたロボットハンドが数多く開発されている。このようなロボットハンドは、複数のユニットがジョイントしたマルチジョイント機構で構成されている。また、人間の生活環境下において、補助や作業を行うロボットハンドは、形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットが動作する必要がある。

そこで、リンクが連結されたそれぞれの関節部に空転自在にプーリが設けられ、各プーリ間で、モータで繰り出される１組のワイヤを巻架させ、各関節部のプーリに、コントローラによりそれぞれ制御され、プーリの回転をロックさせるピエゾ素子を設けたロボットアームが提案されている（特許文献１）。
このロボットアームによれば、各関節部のプーリに設けたピエゾ素子をコントローラにより制御することで、各関節部の動作を制御する。これにより、形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で、各関節部を動作させることができる。

特開平９−１３１６８７号公報

しかしながら、特許文献１のロボットアームは、各関節部を対象の特徴に応じた態様で動作させるために、例えば、予め対象の特徴に応じたプログラム等をコントローラに記憶しておき、このプログラム等に基づき、各関節部のプーリ毎に、ピエゾ素子を制御する必要がある。
また、各関節部を対象の特徴に応じた態様で動作させるために、予め対象の特徴に応じたプログラム等をコントローラに記憶していない場合は、例えば、各プーリ毎に、荷重を検知するセンサ等を設け、このセンサからの信号に基づき、ピエゾ素子を制御する必要がある。

本発明は、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供することを目的とする。

（１） 複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構であって、前記ユニットは、前記ユニットの外形を形成する本体と、前記本体の基端側に、回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する駆動プーリと、前記本体に固定され、前記回転軸の外周面に接し、前記外周面との間に所定の摩擦力を発生する摩擦部材と、を備え、最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、前記本体の先端側に、先端側において連結された前記ユニットの前記回転軸を回転自在に支持する回転軸受け部と、前記回転軸に固定され、先端側において連結された前記ユニットに駆動力を伝達する伝達プーリと、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する変形自在の環状部材と、を備えるマルチジョイント機構。

（１）の発明によれば、マルチジョイント機構は、複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達する。ユニットは、本体と、回転軸と、駆動プーリと、摩擦部材と、を備える。
本体は、ユニットの外形を形成する。回転軸は、本体の基端側に、回転自在に支持されている。駆動プーリは、回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する。摩擦部材は、本体に固定され、回転軸の外周面に接し、外周面との間における所定の摩擦力により、回転軸に追随して回転する。
最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、回転軸受け部と、伝達プーリと、環状部材と、を備える。回転軸受け部は、本体の先端側に、先端側において連結されたユニットの回転軸を回転自在に支持する。伝達プーリは、回転軸に固定され、先端側において連結されたユニットに駆動力を伝達する。環状部材は、変形自在に形成され、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する。

これにより、マルチジョイント機構は、以下のように動作する。
まず、マルチジョイント機構の最も基端側に配置されたユニットの駆動プーリに、例えば、モータ等からの駆動力が伝達され、駆動プーリが回転する。これに伴い、この駆動プーリが固定された回転軸が回転し、更に、この回転軸に固定された伝達プーリが回転する。そして、この伝達プーリの回転力は、この伝達プーリに巻き回された環状部材を回転する駆動力となり、この駆動力は、この環状部材が巻き回された、先端側において連結されたユニットの駆動プーリに伝達される。この伝達された駆動力により、先端側において連結されたユニットの駆動プーリが回転する。これに伴い、この駆動プーリが固定された回転軸が回転する。このように、基端側のユニットから、このユニットの先端側に連結されたユニットに駆動力が伝達される。

そして、先端側に連結されたユニットにおいて、回転軸の外周面に接する摩擦部材は、摩擦力により回転軸に追随して回転する。また、摩擦部材の回転に伴い、この摩擦部材が固定された本体も回転する。
ここで、例えば、本体がものに当接し、これにより発生した外力は、回転軸と摩擦部材との間の摩擦力の反力となる。そして、外力の大きさが、所定の摩擦力を越えると、摩擦部材は回転軸の回転に追随できなくなり、回転軸は空転することとなる。即ち、本体に当接したものに対して、所定の摩擦力と相殺される以上の負荷を掛けることはない。

また、本体に生ずる外力に起因する摩擦力の反力は、外力が生じた本体の位置によって異なるので、複数のユニットにおいて夫々異なる。
本願発明によれば、あるユニットにおいて、本体に生じた外力によって、摩擦部材が回転軸の回転に追随できなくなったとしても、回転軸は回転しているので、当該ユニットの先端側のユニットには駆動力を伝達することができる。
これにより、例えば、あるユニットの本体がある角度まで回転したところで、摩擦部材は回転軸の回転に追随できなくなったとしても、駆動力は先端側にユニットに伝達されるので、先端側のユニットの本体は更に、所定位置まで回転する。

このように、複数のユニットは、各ユニットを、例えば、コントローラにより個別に制御したり、各ユニットの負荷を検知するセンサを設けたりしなくとも、各ユニットが個別に回転して、マルチジョイント機構において扱うものの形状や重さによって、柔軟な配置パターンにすることができる。
したがって、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。

（２） 前記摩擦部材は、前記回転軸に押圧する力を調節する調節部材を介して前記本体に固定される（１）に記載のマルチジョイント機構。

（２）の発明によれば、摩擦部材を、回転軸に押圧する力を調節する調節部材を介して本体に固定したので、調節部材によって、押圧する力を調節し、回転軸と摩擦部材との間の摩擦力を調節できる。

（３） 最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、の間に配置され、前記回転軸と同一方向に延びて、前記本体に、回転自在であって、前記環状部材の回転する方向に直交する方向に移動可能に固定された調整部材を、更に備える（１）又は（２）に記載のマルチジョイント機構。

（３）の発明によれば、調整部材は、最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットに設けられ、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、の間に配置され、回転軸と同一方向に延びて、本体に、回転自在であって、環状部材と交差して、環状部材を押圧する方向に移動可能に固定される。
これにより、環状部材は、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、の間において、調整部材により押圧されている。これにより、例えば、経年劣化により、環状部材が延びたりした場合でも、調整部材をより押圧する方向に移動することで、環状部材の張力を維持することができる。よって、経年により、駆動力が低下するのを防止できる。

（４） 前記本体は、前記回転軸に平行して配置された、互いに対面する側面部を備え、一方の側面部の先端は、当該ユニットの先端側に連結され、一方側に回転した前記ユニットの一方の前記側面部の中央部分と当接し、他方の前記側面部の基端は、当該ユニットの基端側に連結された前記ユニットの他方の前記側面部の先端に当接する（１）から（３）のいずれかに記載のマルチジョイント機構。

（４）の発明によれば、本体の一方の側面部の先端は、一方側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。他方の側面部の基端及び先端は、他方側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。
これにより、一方の側面部の先端の位置と、他方の側面部の基端及び先端の位置とにより、各ユニットの回転可能範囲を規定できる。

（５） （１）から（４）のいずれかに記載のマルチジョイント機構による配置パターン生成方法であって、基端側の前記ユニットから、先端側の前記ユニットに駆動力が伝達されて、複数の前記ユニットが、所定方向に回転するステップと、複数の前記ユニットの前記本体の少なくとも１つに、外力が作用するステップと、複数の前記ユニットのうち、前記摩擦部材と前記回転軸の外周面との間の摩擦力に対する、前記外力に起因する反力の大きさが、前記所定の摩擦力を越えた前記ユニットは回転を停止し、前記外力が作用していない前記ユニット及び前記反力が前記所定の摩擦力を越えていない前記ユニットは所定位置まで回転するステップと、を含む配置パターン生成方法。

（５）の発明によれば、（１）から（４）のいずれに記載のマルチジョイント機構と同様の効果を奏する。

本発明によれば、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。

本発明の実施形態に係るマルチジョイント機構における、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。 前記実施形態に係るマルチジョイント機構の、図１に示す態様とは異なる、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。 図１に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット及び先端ユニットのカバーの断面図である。 図２に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット及び先端ユニットのカバーの断面図である。 前記実施形態に係る中間ユニットのカバーの上面部を外した状態を示す図である。 前記実施形態に係るマルチジョイント機構のカバーの上面部及び上面部側のフレームを外した状態を示す図である。 前記実施形態に係るマルチジョイント機構のカバーの右側面部及びフレームを外した状態を示す図である。 前記実施形態に係る中間ユニットの摩擦部材が回転軸の外周面に接することで発生する力について説明する図である。 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
まず、前記実施形態に係るマルチジョイント機構１の構成について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るマルチジョイント機構１における、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。
図２は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構１の、図１に示す態様とは異なる、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。

マルチジョイント機構１は、複数のユニットが、直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達する。
マルチジョイント機構１は、駆動力を発生する駆動部２と、駆動部２に接続され、駆動部２で発生させた駆動力を先端側に伝達する基端部３と、基端部３から伝達された駆動力を先端側に伝達する複数の中間ユニット４と、最先端に配置される先端ユニット５と、を備える。

詳しくは後述するが、マルチジョイント機構１は、基端部３、複数の中間ユニット４及び先端ユニット５に設けられたプーリと、このプーリに巻き回されたベルトにより、基端部３から先端ユニット５に駆動力を伝達する。
マルチジョイント機構１は、例えば、初期態様として、図１に示す各ユニットの配置パターンをとる。そして、この図１に示す態様から、駆動部２で発生した駆動力により、所定方向（例えば、左回り）にプーリを回転させることで、図２に示す各ユニットの配置パターンに変化する。そして、図２に示す配置パターンから、駆動部２で発生した駆動力により、所定方向と反対方向（例えば、右回り）にプーリを回転させることで、図１に示す配置パターンに戻る。即ち、図１及び図２に示す配置パターンは、マルチジョイント機構１における各ユニットの所定位置となる。

基端部３、複数の中間ユニット４及び先端ユニット５は、それぞれ断面形状が略矩形に形成されている。
ここで、マルチジョイント機構１は、基端部３を配置した方向に応じて、任意の方向に複数の中間ユニット４及び先端ユニット５を回転させることができる。即ち、マルチジョイント機構１は、いずれの面が上面、下面又は側面であるという限定はないが、本実施形態の説明では、説明の便宜のため、図１に表れている面を上面と呼び、図１中左右方向から見た面を側面と呼ぶ。

駆動部２は、１つのモータと、このモータに電力を供給する制御を行う制御部と、を備える。即ち、マルチジョイント機構１は、１つのモータにより、複数の中間ユニット４及び先端ユニット５が駆動する。

基端部３、複数の中間ユニット４及び先端ユニット５は、外形を形成する本体１０を備える。本体１０は、本体１０の外表面を形成するカバー１１と、カバー１１を支持するフレーム１２と、を備える。

図３は、図１に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット４及び先端ユニット５のカバー１１の断面図である。
カバー１１は、下面部１１１と、下面部１１１と上面部（図示無し）と、下面部１１１と上面部の左端に配置され、後述する回転軸に平行して配置された左側面部１１２と、下面部１１１と上面部の右端に配置された右側面部１１３と、を備える。
なお、上面部は、下面部１１１と左右対称の形状で形成され、下面部１１１と同一の構成であるので、説明を省略する。

中間ユニット４の下面部１１１は、先端側に、先端側において連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の、後述する回転軸を回転自在に支持する先端側回転軸受け部１１１ａを備える。
また、中間ユニット４の下面部１１１は、長辺方向（図３中先端基端方向）略中央部分に、後述する調整部材を左右方向に移動可能に支持する調整部材受け部１１１ｂを備える。
また、中間ユニット４及び先端ユニット５の下面部１１１は、基端側に、当該中間ユニット４及び先端ユニット５の、後述する回転軸を回転自在に支持する基端側回転軸受け部１１１ｃを備える。
即ち、先端側の中間ユニット４の基端側回転軸受け部１１１ｃと、基端側の中間ユニット４の先端側回転軸受け部１１１ａと、は共に、先端側の中間ユニット４の回転軸を回転自在に支持する。これにより、先端側の中間ユニット４と基端側の中間ユニット４とは、先端側の中間ユニット４の回転軸により連結される。
また、先端ユニット５の基端側回転軸受け部１１１ｃと、先端側の中間ユニット４の先端側回転軸受け部１１１ａと、は共に、先端ユニット５の回転軸を回転自在に支持する。これにより、先端ユニット５と先端側の中間ユニット４とは、先端ユニット５の回転軸により連結される。

先端ユニット５の下面部１１１は、基端側回転軸受け部１１１ｃを備える。これにより、先端ユニット５と先端側の中間ユニット４とは、先端ユニット５の回転軸により連結される。

中間ユニット４及び先端ユニット５の下面部１１１及び上面部は、互いに、左右方向の幅が同一に形成されている。
また、中間ユニット４及び先端ユニット５の下面部１１１及び上面部の基端側の右側は、基端側回転軸受け部１１１ｃの中心から右端までの距離から、右側面部１１３の厚みを減算した寸法の半径により描かれる円弧形状で形成されている。これにより、例えば、先端側の中間ユニット４と基端側の中間ユニット４との連結部分において、先端側の中間ユニット４の下面部１１１が、基端側の中間ユニット４の右側面部１１３と接触するのを回避できる。

中間ユニット４及び先端ユニット５の左側面部１１２は、中間ユニット４及び先端ユニット５が直線上に配置されたとき（図１又は図３に示す状態のとき）に、互いに、同一平面上に配置される。
中間ユニット４の左側面部１１２の先端は、先端側回転軸受け部１１１ａの中心から、下面部１１１の左端までの寸法の半径で描かれる円形状の範囲に入らない位置に配置される。これにより、例えば、先端側の中間ユニット４と基端側の中間ユニット４との連結部分において、先端側の中間ユニット４の左側面部１１２の基端が、基端側の中間ユニット４の左側面部１１２の先端と接触するのを回避できる。

図４は、図２に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット４及び先端ユニット５のカバー１１の断面図である。
図４に示すように、中間ユニット４の左側面部１１２の先端は、当該中間ユニット４の先端側に連結され、左側に回転した中間ユニット４又は先端ユニット５の左側面部１１２の中央部分と当接する。
即ち、中間ユニット４の左側面部１１２の先端は、当該中間ユニット４の先端側に連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の左側回転限界位置を規定する。
これにより、例えば、中間ユニット４の左側面部１１２の先端を、より先端側に配置すると、当該中間ユニット４の先端側に連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の回転可能範囲が狭くなり、より、基端側に配置すると、当該中間ユニット４の先端側に連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の回転可能範囲が広くなる。

図３に戻って、中間ユニット４及び先端ユニット５の右側面部１１３は、中間ユニット４及び先端ユニット５が直線上に配置されたとき（図１又は図３に示す状態のとき）に、互いに、同一平面上に配置される。
また、このとき、中間ユニット４及び先端ユニット５の右側面部１１３の基端は、夫々のユニットの基端側に連結された中間ユニット４の右側面部１１３の先端に当接する。即ち、中間ユニット４及び先端ユニット５の右側面部１１３の基端及び先端は、中間ユニット４及び先端ユニット５の右側回転限界位置を規定する。
これにより、例えば、中間ユニット４及び先端ユニット５を左側に回転させた後に、右側に回転させることで、中間ユニット４及び先端ユニット５を直線上に配置した状態にできる。

図５は、前記実施形態に係る中間ユニット４のカバー１１の上面部を外した状態を示す図である。
フレーム１２は、下面部１１１（図３参照）及び上面部の内側に夫々配置されている。
中間ユニット４のフレーム１２は、後述する摩擦部材４０及び調節部材４１を支持する摩擦部材支持部１２１と、後述する調整部材８０を支持する調整部材支持部１２２と、を備える。
摩擦部材支持部１２１は、下面部１１１又は上面部の基端側回転軸受け部１１１ｃに面する位置から先端側に向けて形成されている。
調整部材支持部１２２は、下面部１１１又は上面部の基端側回転軸受け部１１１ｃと先端側回転軸受け部１１１ａとの中間位置であって、下面部１１１又は上面部の調整部材受け部１１１ｂと重なる位置において、基端から先端に向かう方向の直交方向（図５中左右方向）に延びる溝で形成されている。

なお、先端ユニット５のフレーム１２は、摩擦部材支持部１２１を備え、調整部材支持部１２２を備えない。
また、基端部３（図１参照）のフレーム１２は、調整部材支持部１２２を備え、摩擦部材支持部１２１を備えない。

図６は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構１のカバーの上面部及び上面部側のフレーム１２を外した状態を示す図である。
図７は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構１のカバーの右側面部及びフレームを外した状態を示す図である。

複数の中間ユニット４は、本体１０の内部に、回転軸２０と、駆動プーリ３０と、摩擦部材４０と、調節部材４１と、伝達プーリ６０と、環状部材としてのベルト７０と、調整部材８０と、を備える。
また、基端部３は、本体１０の内部に、回転軸２０と、駆動プーリ３０と、摩擦部材４０と、伝達プーリ６０と、ベルト７０と、調整部材８０と、を備える。
また、先端ユニット５は、本体１０の内部に、回転軸２０と、駆動プーリ３０と、摩擦部材４０と、調節部材４１と、を備える。

回転軸２０は、本体１０の基端側に、回転自在に支持されている。具体的には、回転軸２０は、本体１０の下面部１１１（図３参照）及び上面部の基端側回転軸受け部１１１ｃ（図３参照）により、両端が回転自在に支持されている。

駆動プーリ３０は、回転軸２０に固定され、基端側からの駆動力により回転する。具体的には、駆動プーリ３０は、回転軸２０に固定され、当該回転軸２０を備える中間ユニット４又は先端ユニット５の基端側に接続された中間ユニット４又は基端部３から、ベルト７０を介して駆動力が伝達され、この駆動力により回転する。

摩擦部材４０は、本体１０に固定され、回転軸２０の外周面２０ａに接し、外周面２０ａとの間における所定の摩擦力により、回転軸２０に追随して回転する。
また、摩擦部材４０は、回転軸２０に押圧する力を調節する調節部材４１を介して本体１０に固定されている。
具体的には、摩擦部材４０は、本体１０のフレーム１２の摩擦部材支持部１２１（図３参照）に、調節部材４１と共に、固定されている。

本実施形態において、摩擦部材４０は、球形状のゴム素材で形成したが、回転軸２０の外周面２０ａに接し、外周面２０ａとの間に所定の摩擦力を生ずれば、例えば、形状を、外周面２０ａに接する部分を尖らせた形状や、外周面２０ａに沿った形状としたり、材質を金属や木材等の任意の材質とすることができる。
また、本実施形態において、調節部材４１は、バネ部材で形成したが、摩擦部材４０を回転軸２０に押圧できる部材であれば、ゴム等の弾性体等の任意の部材で形成することができる。

図８は、前記実施形態に係る中間ユニット４の摩擦部材４０が回転軸２０の外周面２０ａに接することで発生する力について説明する図である。
図８に示す例では、摩擦部材４０は、調節部材４１により、回転軸２０の外周面２０ａに、力Ｆで押しつけられている。これにより、この力Ｆと摩擦部材４０の摩擦係数μとを乗算することで得られる所定の摩擦力Ｆｆが発生する。
これにより、中間ユニット４は、回転軸２０の回転方向Ｌと同一方向に、トルクτｆで回転する。
そして、例えば、中間ユニット４の本体１０に、ものが接し、このものから外力Ｆが掛かった場合、摩擦力Ｆｆの反力として、外力Ｆに、摩擦部材４０と回転軸２０との接点から外力Ｆの発生点までの距離ｄを乗算することで得られる反力Ｆｄが発生する。この時、反力Ｆｄが所定の摩擦力Ｆｆより小さいときには、ものは中間ユニット４と共に移動する。
一方、反力Ｆｄが所定の摩擦力Ｆｆより大きいときには、回転軸２０は空転し、中間ユニット４の回転は止まることとなる。なお、このような場合でも、回転軸２０が空転することで、駆動力は当該中間ユニット４の先端側に接続された先端ユニット５に伝達される。

図６及び図７に戻って、伝達プーリ６０は、回転軸２０に固定され、先端側において連結されたユニットに駆動力を伝達する。具体的には、伝達プーリ６０は、回転軸２０に固定され、先端側に接続された中間ユニット４又は先端ユニット５の駆動プーリ３０に、ベルト７０を介して駆動力を伝達する。なお、基端部３の伝達プーリ６０は、駆動部２により回転される回転軸２０Ａに固定されている。

ベルト７０は、変形自在に形成され、伝達プーリ６０と、先端側において連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の駆動プーリ３０と、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する。なお、本実施形態では、環状部材の一例としてベルトで説明したが、これに限らず、例えば、チェーンやワイヤ等の任意の環状部材を適用できる。

調整部材８０は、伝達プーリ６０と、先端側において連結されたユニットの駆動プーリ３０と、の間に配置され、回転軸２０と同一方向に延びて、本体１０に、回転自在であって、ベルト７０と交差して、ベルト７０を押圧する方向（図６中左右方向）に移動可能に固定される。具体的には、調整部材８０は、軸部材で形成され、その両端が、下面部１１１と上面部の調整部材受け部１１１ｂ（図３参照）及びフレーム１２の調整部材支持部１２２（図３参照）において、図６に示す左右方向にスライド可能に固定されている。

次に、前記実施形態に係るマルチジョイント機構１の動作について説明する。
まず、マルチジョイント機構１の基端部３の伝達プーリ６０が駆動部２により回転する。この回転による駆動力は、基端側の中間ユニット４の駆動プーリ３０に伝達され、この駆動プーリ３０が回転する。これに伴い、この駆動プーリ３０が固定された回転軸２０が回転し、更に、この回転軸２０に固定された伝達プーリ６０が回転する。そして、この伝達プーリ６０の回転力は、この伝達プーリ６０に巻き回されたベルト７０を回転する駆動力となり、この駆動力は、このベルト７０が巻き回された、先端側に連結されたユニットの駆動プーリ３０に伝達される。この伝達された駆動力により、先端側において連結された中間ユニット４の駆動プーリ３０が回転する。これに伴い、この駆動プーリ３０が固定された回転軸２０が回転する。この回転による駆動力は、同様に、先端ユニット５に伝達される。

そして、中間ユニット４及び先端ユニット５において、回転軸２０の外周面２０ａに接する摩擦部材４０は、摩擦力により回転軸２０に追随して回転する。また、摩擦部材４０の回転に伴い、この摩擦部材４０が固定された本体１０も回転する。
ここで、例えば、中間ユニット４の本体１０にものが当接したことに起因する外力に基づく反力の大きさが、所定の摩擦力を越えると、摩擦部材４０は回転軸２０の回転に追随できなくなり、回転軸２０は空転し、中間ユニット４の本体１０の回転も停止する。即ち、本体１０に当接したものに対して、所定の摩擦力と相殺される以上の負荷を掛けることはない。
一方、この場合であっても、回転軸２０は回転しているので、駆動力は、先端側の、例えば、先端ユニット５に伝達され、先端ユニット５の本体１０は回転し続ける。

マルチジョイント機構１は、上記の構成で動作することで、中間ユニット４及び先端ユニット５の配置パターンが、マルチジョイント機構１で扱うものによって、柔軟に変化する。
図９乃至図１１は、前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構１における、中間ユニット４及び先端ユニット５の配置パターンの一例を示す図である。
マルチジョイント機構１は、駆動力が伝達されると、中間ユニット４及び先端ユニット５の動作を遮るものがない場合（動作対象がない場合）には、図２に示すような所定位置の配置パターンとなる。

図９は、マルチジョイント機構１の動作対象として、比較的硬い円柱状の物Ｓ１があった場合における中間ユニット４及び先端ユニット５の配置パターンを示している。この例の場合、マルチジョイント機構１は、物Ｓ１を掴んでいる。
また、図１０は、マルチジョイント機構１の動作対象として、比較的柔らかい物Ｓ２があった場合における中間ユニット４及び先端ユニット５の配置パターンを示している。この例の場合も、マルチジョイント機構１は、物Ｓ２を掴んでいる。
また、図１１、マルチジョイント機構１の動作対象が人Ｈである場合の配置パターンを示している。この例の場合、マルチジョイント機構１は、横たわった人Ｈを起こしている。

このように、複数の中間ユニット４及び先端ユニット５は、各ユニットを、例えば、コントローラにより個別に制御したり、各ユニットの負荷を検知するセンサを設けたりしなくとも、各ユニットが個別に回転して、マルチジョイント機構１において扱うものの形状や重さによって、柔軟な配置パターンにすることができる。
したがって、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。

また、摩擦部材４０を、回転軸２０に押圧する力を調節する調節部材４１を介して本体１０に固定したので、調節部材４１によって、押圧する力を調節し、回転軸２０と摩擦部材４０との間の摩擦力を調節できる。
これにより、例えば、マルチジョイント機構１において扱うものが、壊れやすいものであれば摩擦力を比較的小さくなるように調節し、扱うものが重ければ摩擦力を比較的大きくなるように調節することができる。

また、調整部材８０を、基端部３及び中間ユニット４に設け、伝達プーリ６０と、先端側に連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の駆動プーリ３０と、の間に配置して、ベルト７０と交差して、ベルト７０を押圧する方向に移動可能とした。
これにより、ベルト７０は、伝達プーリ６０と、先端側に連結された中間ユニット４又は先端ユニット５の駆動プーリ３０と、の間において、調整部材８０により押圧される。

また、本体１０の左側面部１１２の先端は、左側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。右側面部１１３の基端及び先端は、右側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。
これにより、左側面部１１２の先端の位置と、右側面部１１３の基端及び先端の位置とにより、各ユニットの回転可能範囲を規定できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１ マルチジョイント機構
４ 中間ユニット
５ 先端ユニット
１０ 本体
２０ 回転軸
３０ 駆動プーリ
４０ 摩擦部材
１１１ｃ 基端側回転軸受け部
６０ 伝達プーリ
７０ ベルト

Claims (5)

1. 複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構であって、
   前記ユニットは、
   前記ユニットの外形を形成する本体と、
   前記本体の基端側に、回転自在に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する駆動プーリと、
   前記本体に固定され、前記回転軸の外周面に接し、前記外周面との間における所定の摩擦力により、前記回転軸に追随して回転する摩擦部材と、を備え、
   最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、
   前記本体の先端側に、先端側において連結された前記ユニットの前記回転軸を回転自在に支持する回転軸受け部と、
   前記回転軸に固定され、先端側において連結された前記ユニットに駆動力を伝達する伝達プーリと、
   変形自在に形成され、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する環状部材と、を備えるマルチジョイント機構。
2. 前記摩擦部材は、前記回転軸に押圧する力を調節する調節部材を介して前記本体に固定される請求項１に記載のマルチジョイント機構。
3. 最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、
   前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、の間に配置され、前記回転軸と同一方向に延びて、前記本体に、回転自在であって、前記環状部材と交差して、前記環状部材を押圧する方向に移動可能に固定された調整部材を、更に備える請求項１又は２に記載のマルチジョイント機構。
4. 前記本体は、前記回転軸に平行して配置された、互いに対面する側面部を備え、
   一方の側面部の先端は、当該ユニットの先端側に連結され、一方側に回転した前記ユニットの一方の前記側面部の中央部分と当接し、
   他方の前記側面部の基端は、当該ユニットの基端側に連結された前記ユニットの他方の前記側面部の先端に当接する請求項１から３のいずれかに記載のマルチジョイント機構。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のマルチジョイント機構による配置パターン生成方法であって、
   基端側の前記ユニットから、先端側の前記ユニットに駆動力が伝達されて、複数の前記ユニットが、所定方向に回転するステップと、
   複数の前記ユニットの前記本体の少なくとも１つに、外力が作用するステップと、
   複数の前記ユニットのうち、前記摩擦部材と前記回転軸の外周面との間の摩擦力に対する、前記外力に起因する反力の大きさが、前記所定の摩擦力を越えた前記ユニットは回転を停止し、前記外力が作用していない前記ユニット及び前記反力が前記所定の摩擦力を越えていない前記ユニットは所定位置まで回転するステップと、
   を含む配置パターン生成方法。
   
   
   

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