JP2016101652A - ロボットアーム機構 - Google Patents

Abstract

【課題】直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、第１連結コマ列が第２連結コマ列に衝突するのを防ぐことにある。【解決手段】直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、直動伸縮関節はアーム部２とアーム部２を支持する射出部２９とを有し、アーム部２は、複数の第１連結コマ２３から構成される第１連結コマ列２１と複数の第２連結コマ２２から構成される第２連結コマ列２０とを有し、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１に対し接合された状態で第１連結コマ列２１とともに射出部２９から前方に向かって送り出され、射出部２９の後方において、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との間には、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを離間させるとともに第２連結コマ列２０を射出部２９に誘導するための可撓性を有するガイドレール４１が介在される。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。

従来より、多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。ロボットアーム機構には、例えば、直動伸縮関節が組み合わされて装備されている。直動伸縮関節を構成するアーム部は、例えば、第１連結コマ列と第２連結コマ列とで構成される。第１連結コマ列と第２連結コマ列とは、格納部に格納されている。直動関節を駆動するためにモータが順回転すると、格納部に格納されていた第１連結コマ列と第２連結コマ列とが接合され、柱状体となって送り出される。モータが逆回転するとアーム部は格納部に引き戻され、柱状体は第１連結コマ列と第２連結コマ列とに離反され格納部にそれぞれ格納される。このようなロボットアーム機構において、何も対策を講じなければ、格納部内で第１連結コマ列と第２連結コマ列とが衝突する可能性がある。

目的は、直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、第１連結コマ列が第２連結コマ列に衝突するのを防ぐことにある。

本実施形態に係るロボットアーム機構は直動伸縮関節を有し、前記直動伸縮関節はアーム部と前記アーム部を支持する射出部とを有し、前記アーム部は、第１連結コマ列と第２連結コマ列とを有し、前記第１連結コマ列は、断面コ字形状、断面ロ字形状又は断面円弧形状を有する複数の第１連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は、略平板形状を有する複数の第２連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は前記第１連結コマ列に対し接合された状態で前記第１連結コマ列とともに前記射出部から前方に向かって送り出され、前記射出部の後方において、前記第１連結コマ列と前記第２連結コマ列との間には、前記第１連結コマ列と前記第２連結コマ列とを離間させるとともに前記第２連結コマ列を前記射出部に誘導するための可撓性を有するガイドレールが介在される。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。 図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す斜視図である。 図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を断面方向から見た図である。 図４は、本実施形態に係るロボットアーム機構の格納構造を示す図である。 図５は、本実施形態に係るロボットアーム機構のレールコマの構造を示す図である。 図６は、図４に対応し、ガイドレールと第１連結コマ列と第２連結コマ列との間の実際の位置関係を断面方向から見た図である。 図７は、図４に対応し、ガイドレールと第１連結コマ列と第２連結コマ列との間の実際の位置関係を送り出し方向から見た図である。 図８は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイドレールの構造を示す図である。 図９は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイドレールの効果を説明するための補足説明図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。図２、図３は図１のロボットアーム機構の内部構造を示している。ロボットアーム機構は、略円筒形状の基部１と基部１に接続するアーム部２とを有する。アーム部２の先端にはエンドエフェクタと呼ばれる手先効果器３が取り付けられる。図１では手先効果器３として対象物を把持可能なハンド部を図示している。手先効果器３としてはハンド部に限定されず、他のツール、またはカメラ、ディスプレイであってもよい。アーム部２の先端には任意の種類の手先効果器３に交換することができるアダプタが設けられていてもよい。

アーム部２は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３軸ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６軸ＲＡ４，ＲＡ５，ＲＡ６はハンド部３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。第１関節部Ｊ１は台座面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的に伸縮する関節である。第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

第１関節部Ｊ１のねじり回転によりアーム部２がハンド部３とともに旋回する。第２関節部Ｊ２の曲げ回転によりアーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に起伏動をする。基部１を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。

第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。アーム部２の直動関節部を構成する第３関節部Ｊ３の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に格納される。当該中空構造の内部を、格納部とも呼ぶ。

第１関節部Ｊ１は円環形状の固定部と回転部とからなり、固定部において台座に固定される。回転部には第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂとが取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１、第２、第３支持体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが第１回転軸ＲＡ１を中心としてアーム部２とハンド部３と共に旋回する。

第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は、ねじり関節部としての第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１に垂直に設けられる。

上記の通り関節部としての第３関節部Ｊ３はアーム部２の主要構成物を構成する。アーム部２の先端に上述のハンド部３が設けられる。ハンド部３は、図１に示すようにアーム部２の先に装備されている。ハンド部３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。ハンド部３は、開閉される２つの指部１６ａ、１６ｂを有している。第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム部２の中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３に典型的には一致する回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけてハンド部３が回転軸ＲＡ４を中心に回転する。

第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の移動軸ＲＡ４に対して直交する回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド部１６とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に垂直な回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとハンド１６が左右に旋回する。

第１乃至第６関節部Ｊ１−Ｊ６の回転、曲げ、伸縮によりハンド部３の２指ハンド１６を任意の位置・姿勢に配置することが可能である。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド部３で作用することを可能にする。

第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮アーム機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。直動伸縮距離の長さは、図２、図３に示す構造により達成される。直動伸縮アーム機構は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを有する。アーム部２が水平に配置される基準姿勢では、第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０の下部に位置し、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１の上部に位置する。

第１連結コマ列２１は、同一の断面コ字形状を有し、ピンにより背面箇所において列状に連結される複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３の断面形状及びピンによる連結位置により第１連結コマ列２１はその背面方向ＢＤに屈曲可能であるが逆に表面方向ＦＤには屈曲不可な性質を備える。したがって、第１連結コマ２３の断面形状は、コ字形状だけでなく、断面ロ字形状、円弧形状等であってもよい。

第２連結コマ列２０は、第１連結コマ２３と略等価な幅を有する略平板形状を有し、背面方向ＢＤと表面方向ＦＤとともに屈曲可能な状態でピンにより列状に連結される複数の第２連結コマ２２からなる。第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０と先端部おいて結合コマ２６により結合される。結合コマ２６は、第１連結コマ２３と第２連結コマ２２とが一体的になった形状を有している。図２に示すように第２連結コマ２２の内側（背面側）には個々にリニアギア２２ａが形成されている。リニアギア２２ａは第２連結コマ２２が直線状になったときに連結され、連続的なリニアギア（ラック）を構成する。第１連結コマ２３の正面側は、第２連結コマ２２の背面側と対向する。第１連結コマ２３の背面側および第２連結コマ２２の正面側は、基部１、第２支持体１１ｂまたは第３支持体１１ｃの内面に対向する。

図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を断面方向から見た図である。
図３に示すように、第２連結コマ２２は射出部２９でローラ２９１とドライブギア２４ａとの間に挟まれる。それにより、リニアギア２２ａはドライブギア２４ａに噛み合わされる。アーム伸長時、モータＭ１が駆動し、ドライブギア２４ａが順回転することにより第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１とともに射出部２９から前方に向かって送り出される。その際、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは射出部２９で挟まれ、相互に押圧され、接合される。このとき、第１連結コマ２３の表面側が第２連結コマ２２の背面側と接合される。接合された第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは射出部２９により支持されることにより接合状態が保持される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０の屈曲は制限され、それにより第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とにより一定の剛性を備えた柱状体が構成される。結合コマ２６が始端となって、接合された柱状体（第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０と）が第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的に送り出される。射出部２９は、角筒形状を有する。中空部分の幅の大きさは、柱状体の幅に略一致する。その側面には、複数のローラ２９１が回転自在に設けられ、柱状体を側方から支持する。射出部２９は、第２支持体１１ｃまたは第２支持体１１ｂに固定される。そのため、射出部２９は、第１回転軸ＲＡ１を中心としてアーム部２とハンド部３と共に旋回する。また、射出部２９は、第２回転軸ＲＡ２を中心にアーム部２とハンド部３と共に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

アーム収縮時、モータＭ１が駆動し、ドライブギア２４ａが逆回転することにより第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とは射出部２９で接合状態が解除され、互いに離反される。離反された第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とはそれぞれ屈曲可能な状態になり、第１回転軸ＲＡ１に沿う方向に屈曲され、格納部に格納される。

図４は、本実施形態に係るロボットアーム機構の格納構造を示す図である。ガイドレール４１は、ピンにより列状に連結された複数のレールコマ４３により構成される。図４に示すように、ガイドレール４１の一端は、先頭のレールコマ４３のピンホール４３１、４３２を利用して射出部２９の後端部分に取り付けられる。ガイドレール４１の他端には、最後尾のレールコマ４３のピンホール４３３を利用してバネ５０の一端が固定される。バネ５０の他端は基部１（第１支持体１１ａ）の底面に固定される。バネ５０は基部１の軸方向に伸縮する。第１支持体１１ａには、ガイドレール格納部４８が固定される。ガイドレール格納部４８は、基部１の内面に固定される。ガイドレール格納部４８は、一対のスライドレールで構成されている。レールコマ４３の両端がそれぞれスライドレールに沿ってスライドして格納される。ガイドレール格納部４８は、第２支持体１１ｂに延長されてもよい。

次に、ガイドレール４１を構成する複数のレールコマ４３について、図５、６、７を参照して説明する。

図５は、本実施形態に係るロボットアーム機構のレールコマ４３の構造を示す図である。図５では、レールコマ４３を直交３軸方向からそれぞれ見た図を示している。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれレールコマ４３を側方（＋Ｘ方向）、上方（＋Ｚ方向）、後方（＋Ｙ方向）から見た図である。

図６は、図４に対応し、ガイドレール４１と第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との間の実際の位置関係を断面方向から見た図である。
図７は、図４に対応し、ガイドレール４１と第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との間の実際の位置関係を送り出し方向から見た図である。

図５に示すように、レールコマ４３の先端部分は凹形状を有し、その両側にはレールコマ４３の後端部分と連結するためのピンが挿入されるピンホール４３１、４３２が形成されている。ピンホール４３１、４３２の軸方向はレールコマ４３の幅方向に平行である。ピンホール４３１は、ピンホール４３２と同じ軸長を有する。ピンホール４３１の軸長にピンホール４３２の軸長を加算した長さはレールコマ４３の幅よりも短い。レールコマ４３の後端部分は凸形状を有し、レールコマ４３の先端部分と連結するためのピンが挿入されるピンホール４３３が形成されている。ピンホール４３３の軸方向はレールコマ４３の幅方向に平行である。ピンホール４３３の軸長は、レールコマ４３の幅よりも短い。ピンホール４３１，４３２、４３３各々の軸長を合算した長さはレールコマ４３の幅と略一致する。しかしながら、ピンホール４３１，４３２、４３３各々の軸長を合算した長さは、レールコマ４３の幅以下であればよい。隣接する一方のレールコマ４３の後端に他方のレールコマの先端を嵌めたとき、ピンホール４３１、４３２、４３３は直線上の単一のピンホールを構成する。この単一のピンホールに単一ピンが挿入されることにより隣接するレールコマ４３は連結される。

図６に示すように、レールコマ４３の先端のピンホール４３１，４３２から後端のピンホール４３３までの長さＬ３は、第２連結コマ２２の先端のピンホールから後端のピンホールまでの長さＬ２よりも短い。図４に示すように、第２回転軸ＲＡ２を中心として、第１連結コマ列２１、第２連結コマ列２０およびガイドレール４１が回転される。そのとき、ガイドレール４１は第２連結コマ列２０よりも内側にある。そのため、レールコマ４３の長さＬ３が第２連結コマ２２の長さＬ２よりも短いことで、ガイドレール４１の軌道を第２連結コマ列２０の軌道よりもなめらかにすることができる。それによりガイドレール４１は、第２連結コマ列２０を射出部２０にスムーズに誘導することができる。なお、第１連結コマ２３の先端のピンホールから後端のピンホールまでの長さＬ１は、第２連結コマ２２の先端のピンホールから後端のピンホールまでの長さＬ２と略同一の長さを有する。

図７に示すように、レールコマ４３の幅Ｗ３は、第１連結コマ２３の幅Ｗ１及び第２連結コマ２２の幅Ｗ２よりも長い。第１連結コマ２３の幅Ｗ１は、第２連結コマ２２の幅Ｗ２と同一の長さを有する。例えば、レールコマ４３の幅Ｗ３は、第１連結コマ２３の幅Ｗ１の１．０５倍乃至１．５倍の長さを有する。それにより、例えば、第１連結コマ２３及び第２連結コマ２２が、何らかの理由で幅方向にずれた場合であっても、レールコマ４３により、第１連結コマ２３と第２連結コマとの干渉を防ぐことができる。

図５に示すように、レールコマ４３の長さ方向の中点付近の表面には、シャフトホール４３４が形成されている。シャフトホール４３４の軸方向は、レールコマ４３の幅方向に平行である。シャフトホール４３４の軸方向の中点はレールコマ４３の幅方向の中点に一致する。シャフトホール４３４は、第２連結コマ２２の幅Ｗ２よりも短く、好適には、図７に示すように、第２連結コマ２２の背面に設けられる２つのロック部２２１の一方の外側面から他方の外側面までの長さ程度の軸長を有する。シャフトホール４３４には、シャフトホール４３４よりも長いシャフト４３５が挿入される。シャフト４３５の両端には、ホイール４３７、４３８がそれぞれ固定されている。ホイール４３７は、その表面が弾性体、例えばゴムで覆われている。それにより、ホイール４３７，４３８が第２連結コマ２２に接触することによる、第２連結コマ２２の欠損を防止することができる。ホイール４３７は、第２連結コマ２２の側面から第２連結コマ２２の背面に設けられるロック部２２１の外側面までよりも短い幅を有する。また、ホイール４３７は、第２連結コマ２２の背面からロック部２２１の下端までの距離よりも長い半径を有する。ホイール４３８は、ホイール４３７と同一形状を有する。

シャフトホール４３４の両端からレールコマ４３の側面までの間には窪みが形成されている。シャフトホール４３４のホール中心から窪みの底面までの深さは、ホイール４３７，４３８の半径よりも少し深い。また、シャフトホール４３４のホール中心から窪みの長さ方向の端までの長さは、ホイール４３７，４３８の半径よりも少し長い。それにより、シャフト４３５の両端に固定されたホイール４３７、４３８は、レールコマ４３に干渉せずに回転することができる。例えば、レールコマ４３を側方から見たときの窪みは円弧形状を有する。

レールコマ４３の表面から第２連結コマ２２に向かって突出する突出長は、ホイール４３７，４３８の半径に略同一である。レールコマ４３が第２連結コマ２２に接触するとき、レールコマ４３のコマ４３７，４３８は、第２連結コマ２２の背面に接触し、ロック部２２１に接触しない。

次に、ガイドレール４１の構造について説明する。
図８は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイドレール４１の構造を示す図である。図８（ａ）は、アーム部２が水平に配置された姿勢（以下、水平姿勢と称す。）時のガイドレール４１を示している。図８（ｂ）は、アーム部２が図８（ａ）の姿勢から下方に所定角度伏せられた姿勢（以下、下方姿勢と称す。）時のガイドレール４１を示している。

図８に示すように、アーム部２が水平姿勢から下方姿勢に変化すると、射出部２９は第２回転軸ＲＡ２を中心に所定角度回転する。それに伴って、ガイドレール４１は射出部２に引っ張られる。射出部２９によりガイドレール４１に引張力が働くと、バネ５０が伸ばされ、ガイドレール格納部４８からガイドレール４１が引き出される。一方、アーム部２が下方姿勢から水平姿勢に戻るとき、ガイドレール格納部４８から引き出されたガイドレール４１がガイドレール格納部４８に格納される。このとき、バネ５０によりガイドレール４１に付勢力が働く、それによりガイドレール４１をスムーズにガイドレール格納部４８に格納することができる。なお、ガイドレール４１の後端がフリーであってもよい。このとき、上述のようなバネ５０の効果は得られない。

ガイドレール４１は、可撓性を有する。具体的には、ガイドレール４１は表面方向に屈曲不可であって、背面方向に屈曲する構造を有する。このとき、背面方向に屈曲する屈曲角度θｍａｘは制限されている。連結部分の屈曲角は、２つのレールコマ４３を連結するピンにより制限される。なお、連結部分の屈曲角は、連結部分のコマ形状により制限されてもよい。

ガイドレール格納部４８は、基部１の軸方向に沿ってガイドレール４１を格納する機能に加えて、ガイドレール４１の屈曲を許可する範囲を限定する機能を有する。基部１に格納されているガイドレール４１を屈曲不可にすることで、ガイドレール４１が第１連結コマ列２１に接触するのを回避することができる。例えば、図８に示すように、水平姿勢から下方姿勢に姿勢が変化したときを想定する。このとき射出部２９によりガイドレール４１が引っ張られる。基部１内のガイドレール４１が引っ張られる方向は、基部１の軸方向に平行ではなく、第１連結コマ２１側に少し傾いた方向に引っ張られる。ガイドレール４１の全部分が屈曲できる場合、ガイドレール４１が第１連結コマ列２１側に傾いてしまう可能性がある。それによりガイドレール４１が第１連結コマ列２１に接触してしまい、第１連結コマ列２１のスムーズな送り出しを妨害してしまう可能性がある。基部１に格納されているガイドレール４１がガイドレール格納部４８に格納されている場合、ガイドレール４１がどのように引っ張られても、ガイドレール４１はガイドレール格納部４８に格納されていて傾かない。そのため、第１連結コマ列２１及び第２連結コマ列２０に接触することはない。

一方、ガイドレール格納部４８の先端から射出部２９までの間は、ガイドレール４１の屈曲が許可される。そのとき、ガイドレール４１が屈曲できる屈曲角は制限されている。具体的には、表面方向への屈曲は不可であり、背面方向への屈曲は可であり、その屈曲角θｍａｘは制限される。それにより、ガイドレール４１が第２回転軸ＲＡ２を中心とした円弧状に沿って移動することができる。図８に示すように、屈曲角度θｍａｘは、例えば、第２回転軸ＲＡ２を中心とした半径ｒ２の円弧上ｌ２を長さＬ３のガイドレール４１を接するように配置したときの外角になるように設計される。半径ｒ２は、例えば第２回転軸ＲＡ２の回転中心から射出部２９におけるガイドレール４１の固定点Ｐ２９までの距離と、第２回転軸ＲＡ２の回転中心からガイドレール格納部４８の先端Ｐ４８までの距離とに基づいて決定されればよい。なお、屈曲角度θｍａｘは、上記のような幾何学的な方法ではなく、射出部２９の後端のガイドレール４１の固定位置からガイドレール格納部４８の先端までを緩やかな軌道になるように設計されればよい。それによって、アーム部２が起伏動した場合においても、ガイドレール４１は制限された角度範囲で屈曲するため、ガイドレール４１は予め設計された軌道に沿って移動することができる。また、ガイドレール４１は制限された角度範囲でしか屈曲できないため、ガイドレール４１は一定の剛性を備える。なお、アーム部２はガイドレール４１の表面方向にしか起伏動をしないため、ガイドレール４１の表面方向への屈曲は可であってもよい。この場合、表面方向への屈曲が不可の場合に比べてガイドレール４１が予め設計した通りの軌道とならない可能性が高くなる。

以上説明したように、基部１内のガイドレール４１の軌道は、ガイドレール格納部４８により決定される。また、ガイドレール格納部４８の先端部分から射出部２９の後端までのガイドレール４１の軌道は、ガイドレール４１の屈曲角θｍａｘにより予め設計されている。したがって、アーム部２が起伏動した場合においても、ガイドレール４１は、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との間に配置される。そのため、ガイドレール４１は、射出部２９で離反された第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とを離間して格納することができる。それにより、第１連結コマ列２１に第２連結コマ列２０が干渉することを防止することができる。また、ガイドレール４１は、アーム部２が起伏動した場合においても、予め設計された軌道に沿って第２連結コマ列２０を射出部２９（送り出し方向）に誘導することができる。

図９は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイドレール４１の効果を説明するための補足説明図である。図９は、ガイドレール４１の有無による第２連結コマ列２０が射出部２９に誘導される軌道（以下、誘導軌道と称す。）の違いを説明するための図である。図９（ａ）は、ガイドレール４１が配備されていないときの第２連結コマ列２０の誘導軌道を示している。図９（ｂ）は、ガイドレール４１が配備されているときの第２連結コマ列２０の誘導軌道を示している。本実施形態に係るロボットアーム機構において、第２連結コマ列２０は基部１の軸方向に沿って格納部に格納されている。第２連結コマ列２０は格納されている状態から射出部２９から送り出されるまでに、第２回転軸ＲＡ２を中心に回転しなくてはならない。例えば、アーム部２が水平姿勢のとき、基部１の軸方向に直交する方向にアーム部２は送り出される。したがって、第２連結コマ列２０は、格納部に格納されている状態から第２回転軸ＲＡ２を中心に９０度回転して射出部２９に誘導される。そして、射出部２９内で第１連結コマ列２１と接合され、第１連結コマ列２１とともに射出部２９の前方に送り出される。このとき、ガイドレール４１は第２連結コマ列２０を予め設計した軌道に沿って射出部２９に誘導する。その効果について図９を参照して説明する。

図９では、連続する３つの第２連結コマ２２５，２２６，２２７を示している。ここでは、第２連結コマ２２６が格納状態から９０度回転して射出部２９内部のドライブギア２４ａに誘導されるまでの軌道について説明する。図９（ａ）はガイドレール４１を配備していないときを示している。図９（ｂ）はガイドレール４１を配備したときを示している。状態ｔ１−ｔ６は、ドライブギア２４ａがステップ角度回転し、アーム部２が送り出し方向にΔｄ移動する毎の第２連結コマ２２５，２２６，２２７の状態の変化を示している。状態ｔ１は、ドライブギア２４ａに第２連結コマ２２５のリニアギア２２ａが係合している状態を示している。ドライブギア２４ａと第２連結コマ２２５のリニアギア２２ａは、位置Ｐにて係合している。そして、状態ｔ４までは、ドライブギア２４ａにより、第２連結コマ２２５が送り出し方向に送り出されていく状態を示している。そして、状態ｔ４は、ドライブギア２４ａと第２連結コマ２２６のリニアギア２２ａとが位置Ｐで係合した直後を示している。状態ｔ５、ｔ６は、ドライブギア２４ａにより、第２連結コマ２２６が送り出されていく状態を示している。

ガイドレール４１がない場合（図９（ａ））、位置Ｐでドライブギア２４ａに第２連結コマ２２６のリニアギア２２ａが係合した瞬間に第２連結コマ２２６が大きく回転していることがわかる。これは、第２連結コマ２２６は、ドライブギア２４ａに係合されるまで、ドライブギア２４ａの接線に沿って少しずつドライブギア２４ａに誘導され、ドライブギア２４ａに係合した瞬間に直前の位置（状態ｔ３）から水平位置（状態ｔ４）までの角度θ４１分、回転されたためである。言い換えると、ガイドレール４１がない場合、第２連結コマ２２６が格納状態から水平状態になるまでに必要な回転角度９０度を、意図的に分散できないため、必然的にある瞬間に大きく回転してしまう場合が発生する。したがって、状態ｔ４のように、第２連結コマ２２６が水平になる瞬間に回転する角度θ４１が大きいと、第２連結コマ２２６が勢いよく回転してしまい、第２連結コマ２２６が第２支持体１１ｂの内面に衝突する場合がある。それにより衝突音が発生したり、第２連結コマ２２６が削れてしまう等の問題が発生する可能性がある。

一方、ガイドレール４１がある場合（図９（ｂ））、位置Ｐでドライブギア２４ａに第２連結コマ２２６のリニアギア２２ａが係合した瞬間の回転角度θ４２がガイドレール４１がないときの回転角度θ４１に比べて小さい。つまり、ドライブギア２４ａに第２連結コマ２２６のリニアギア２２ａが係合した瞬間に第２連結コマ２２６が大きく回転していない。これは、第２連結コマ２２６がガイドレール４１により誘導され、ドライブギア２４ａに第２連結コマ２２６のリニアギア２２ａが係合する直前（状態ｔ３）には、ある程度水平にできるからである。言い換えると、ガイドレール４１があることで、第２連結コマ２２６が格納状態から水平状態になるまでに必要な回転角度９０度を、ガイドレール４１で意図的に分散できる。具体的には、ガイドレール４１がないとき、第２連結コマ２２６は状態ｔ２でθ２１、状態ｔ３でθ３１および状態ｔ４でθ４１回転し、合計９０度回転される。一方、ガイドレール４１が配備されているとき、第２連結コマ２２６は、状態ｔ１でθ１２、状態ｔ２でθ２２、状態ｔ３でθ３２、状態ｔ４でθ４２、状態ｔ５でθ５２および状態ｔ６でθ６２回転し、合計９０度回転される。したがって、ガイドレール４１が配備されることで、第２連結コマ２２が単位時間あたりに回転する角度をちいさくでき、ある瞬間に大きく回転することを未然に防ぐことができる。したがって、状態ｔ４のように、第２連結コマ２２６が水平になる瞬間に回転する角度θ４２を小さくすることで、第２連結コマ２２６の回転する勢いを抑えることができ、第２連結コマ２２６が第２支持体１１ｂの内面に衝突するのを防ぐことができる。それにより衝突音の発生、第２連結コマ２２６の欠損を防止することができる。

以上説明した本実施形態に係るロボットアーム機構によれば、アーム部２が起伏動した場合でも、予め設計した軌道に沿ってガイドレール４１を配置することができる。ガイドレール４１の軌道は、ガイドレール格納部４８とガイドレール４１の屈曲角度とに基づいて設計することができる。それにより、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを離間して格納部に格納することができる。ひいては、第１連結コマ列２１に第２連結コマ列２０が干渉することを防止することができる。また、本実施形態に係るロボットアーム機構によれば、予め設計されたガイドレール４１に沿って第２連結コマ列２０を射出部２９（送り出し方向）に誘導することができる。具体的には、ガイドレール４１は、格納状態から射出部２９の前方に向けて送り出されるまでに必要な第２連結コマ列２０の回転を分散させることができる。単位時間で回転する角度を小さくできるため、第２連結コマ２２が勢いよく回転するのを防ぐことができる。それにより第２連結コマ２２が第２支持体１１ｂの内面に衝突するのを防ぐことができ、ひいては、衝突音の発生、第２連結コマ２２の欠損等を防ぐことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…基部、２…アーム部、３…手先効果器、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…回転関節部、Ｊ３…直動関節部、１１ａ…第１支持体、１１ｂ…第２支持体、１１ｃ…第３支持体、２０…第２連結コマ列、２１…第１連結コマ列、２２…第２連結コマ、２３…第１連結コマ、２６…結合コマ、２９…射出部、２９１…ローラ、４１…ガイドレール、４３…レールコマ、４８…ガイドレール格納部、５０…バネ

Claims (6)

1. 直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、
   前記直動伸縮関節はアーム部と前記アーム部を支持する射出部とを有し、
   前記アーム部は、第１連結コマ列と第２連結コマ列とを有し、
   前記第１連結コマ列は、断面コ字形状、断面ロ字形状又は断面円弧形状を有する複数の第１連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は、略平板形状を有する複数の第２連結コマから構成され、
   前記第２連結コマ列は前記第１連結コマ列に対し接合された状態で前記第１連結コマ列とともに前記射出部から前方に向かって送り出され、
   前記射出部の後方において、前記第１連結コマ列と前記第２連結コマ列との間には、前記第１連結コマ列と前記第２連結コマ列とを離間させるとともに前記第２連結コマ列を前記射出部に誘導するための可撓性を有するガイドレールが介在される、ロボットアーム機構。
2. 前記ガイドレールは前記第１連結コマ列側への屈曲角が制限される、請求項１記載のロボットアーム機構。
3. 前記ガイドレールは前記第２連結コマ列側への屈曲が不可である、請求項２記載のロボットアーム機構。
4. 前記ガイドレールは列状に連結された複数のレールコマから構成され、
   前記レールコマには、ホイールが設けられる、請求項１記載のロボットアーム機構。
5. 前記ホイール表面は弾性体で覆われている、請求項４記載のロボットアーム機構。
6. 前記レールコマの長さは、前記第２連結コマよりも短い、請求項４記載のロボットアーム機構。