JP2016117127A - 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、安定した伸縮動作を実現すること。【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３０とを有する。アーム部２は、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを有する。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３から構成される。第２連結コマ列２０は、略平板形状を有する複数の第２連結コマ２２から構成される。第１連結コマ列２１が第２連結コマ列２０に接合されることにより柱状体が構成される。柱状体は射出部３０から前方に向かって送り出される。射出部３０の後方には第２連結コマ列２０を射出部３０に誘導し且つ第２連結コマ２２に設けられたリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態を維持するガイドローラ４１１が設けられる。【選択図】 図３

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。このような多関節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、同一形状を有する複数のコマを列状に連結した連結コマ列で構成される。連結コマ列が接合されることで一定の剛性を有する柱状体が構成される。直動伸縮関節が駆動されるとアーム部が伸縮する。具体的には、モータが回転すると、格納されていた連結コマ列が接合機構まで誘導され、接合機構で接合され柱状体となったアーム部が伸長される。したがって、連結コマ列が設計した経路からはずれて移動されてしまうと、ロボットアーム機構の伸縮動作が安定しない可能性がある。

直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、安定した伸縮動作を実現することを目的とする。

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、円弧またはロ字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連結コマ列と接合されることにより柱状体を構成し、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、前記第２連結コマ列を前記射出部に誘導し且つ前記第２連結コマに設けられたリニアギアとドライブギアとの係合状態を維持するガイドローラが設けられる。

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、図３のガイド部とドライブギアとの間の位置関係を示す図である。 図５は、図３のガイド部を上方、側方及び下方から見た図である。 図６は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部を構成する複数のガイドローラの配置方法を説明するための補足説明図である。 図７は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部の機能を説明するための補足説明図である。 図８は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部の他の構成例を示す図である。

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収納される。

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、ピンにより表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はその背面方向に屈曲可能であるが逆に表面方向には屈曲不可な性質を備える。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、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２連結コマ列２０は連結部分の形状またはピンによる連結位置により、その表面方向に屈曲可能であるが逆に背面方向には屈曲不可な性質を備える。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。

図３に示すように、ドライブギア２４ａと射出部３０との間にはガイド部４０が設けらえる。ガイド部４０により第２連結コマ２２の背面に形成されたリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態が維持される。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と接合され、柱状体となって射出部３０から前方に向かって送り出される。このとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との背面同士が接合されることにより柱状体は構成される。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柱状体は射出部３０よりも後方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、第１支持体１１ａの内部に格納される。

以下、ガイド部４０の構造について図４、５を参照して説明する。図４は、図３のガイド部４０とドライブギア２４ａとの間の位置関係を示す図である。図５は、図３のガイド部４０を上方、側方及び下方から見た図である。

ガイド部４０は第２連結コマ列２０を接合機構に誘導する機能を有する。接合機構とは、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合し、柱状体を構成するための機構である。本実施形態において、接合機構は射出部３０に構成される。したがって、以下、接合機構は射出部３０とする。ガイド部４０はドライブギア２４ａから射出部３０までの第２連結コマ列２０の移動経路を形成する。移動経路は第２連結コマ列２０が射出部３０に適切な角度で進入するための経路である。適切な角度で第２連結コマ列２０を射出部３０に進入させることで、射出部３０で第２連結コマ列２０に対して第１連結コマ列２１を接合できない等の不具合の発生を少なくすることができる。また、ガイド部４０は第２連結コマ２２に設けられたリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態を維持する機能を有する。これらの機能の詳細は後述する。

ガイド部４０は、典型的には以下のように構成される。ガイド部４０はコの字形状の外観を有する。ガイド部４０は一対の側壁板３２１，３２２、下壁板３２３及び上壁板３２４を備える。側壁板３２１は長方形状の平板である。側壁板３２１の短辺はアーム部２の厚みよりも長く、長辺は射出口３３からドライブギア２４ａの後方までの距離程度の長さを有する。側壁板３２２及び上壁板３２４は側壁板３２１と同一の形状を有する。一対の側壁板３２１，３２２は第１支持体１１ａまたは第２支持体１１ｂに対して固定される。

一対の側壁板３２１，３２２は射出中心軸からそれぞれ左右方向（図中、＋Ｙ方向と−Ｙ方向と）に等距離を隔てて配置される。一対の側壁板３２１，３２２は、柱状体の幅よりも長い距離を隔てて配置される。一対の側壁板３２１，３２２の下端部の間は下壁板３２３により固定される。一対の側壁板３２１，３２２の上端部の間は上壁板３２４により固定される。下壁板３２３及び上壁板３２４により、一対の側壁板３２１，３２２の間隔は一定に保持される。なお、射出中心軸は射出部３０の中心軸である。射出中心軸は射出部３０によりアーム部２が支持されているとき、アーム部２の中心軸に一致する。

側壁板３２１、３２２の上端部間にはガイドローラが回転可能に固定される。ガイドローラはシャフトとローラとを備える。シャフトの両端は側壁板３２１，３２２にそれぞれ固定される。シャフトには２つのローラが回転自在に取り付けられている。本実施形態に係るガイド部４０は複数、ここでは３つのガイドローラ４１１，４１２，４１３を備える。複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３は第２連結コマ２２の幅方向に平行な回転軸を有する。複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３はドライブギア２４ａ付近から射出部３０までの間に配列される。

まず、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３のうち最後尾のガイドローラ４１１の配置について説明する。最後尾のガイドローラ４１１はドライブギア２４ａの近傍に、ドライブギア２４ａとリニアギア２２ａとの係合を維持するための位置に配置される。具体的には、ガイドローラ４１１はドライブギア２４ａの回転軸２４ｒからガイドローラ４１１の回転軸までの射出中心軸に関する距離ｄｘ１が、ドライブギア２４ａの半径以下となるように配置される。好適には、ガイドローラ４１１は距離ｄｘ１がゼロ、つまり、射出中心軸に関してドライブギア２４ａと同位置に配置される。また、ガイドローラ４１１は、ドライブギア２４ａの半径方向に関して、ドライブギア２４ａの回転軸２４ｒから所定距離ｄｚ１よりも長い距離を隔てて配置される。所定距離ｄｚ１はドライブギア２４ａとリニアギア２２ａとが係合するために必要な距離を有する。すなわち、所定距離ｄｚ１はドライブギア２４ａの半径２４ｄと第２連結コマ２２の厚み２２ｄとを合算した長さに対応する。厚み２２ｄは、第２連結コマ２２の表面から背面に設けられたリニアギア２２ａの下端までの長さに対応する。それにより、第２連結コマ列２０は、ドライブギア２４ａに係合した後、ガイドローラ４１１とドライブギア２４ａとの間に挟まれ、リニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態が維持される。複数のガイドローラ４１２、４１３は、最後尾のガイドローラ４１１と射出部３０との間に配列される。複数のガイドローラ４１２，４１３の配置方法については後述する。

射出部３０は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合する機能とアーム部２を支持する機能とを有する。そのために、射出部３０は以下のように構成される。射出部３０は略角筒形状の外観を有する。本実施形態において、一対の側壁板３２１，３２２、下壁板３２３、上壁板３２４はガイド部４０と射出部３０との共通部品である。したがって、一対の側壁板３２１，３２２にガイド部４０と射出部３０とが構成される。このときガイド部４０は射出部３０よりも後方に構成される。なお、ガイド部４０と射出部３０とは、それぞれ異なる一対の側壁板に構成されてもよい。しかしながら、本実施形態のように、共通の一対の側壁板３２１，３２２にガイド部４０と射出部３０とを構成することで以下のような効果を得ることができる。つまり、共通の一対の側壁板３２１，３２２により、一方の一対の側壁板分、部品点数を少なくすることができる。また、共通の一対の側壁板３２１，３２２により、第２連結コマ列２０が射出部３０に到達するまでの間、第２連結コマ列２０が幅方向にずれるのを防ぐことができる。言い換えると、共通の一対の側壁板３２１，３２２が第２連結コマ列２０を誘導する機能の一部を果たすことができる。

一対の側壁板３２１，３２２には、それぞれ複数の側部ローラ３１３，３１４が設けられる。以下、側壁板３２１に設けられる複数の側部ローラ３１３について説明する。
側壁板３２１の外側面の所定位置には、一対の軸受け部３２５，３２６が固定される。軸受け部３２５は細長い角柱であり、射出中心軸に平行な中心軸を有する。軸受け部３２６は軸受け部３２５と同一の形状を有する。一対の軸受け部３２５，３２６が固定される位置は、射出中心軸から上下方向（図中＋Ｚ方向と−Ｚ方向と）に等距離を隔てた位置にそれぞれ対応する。

軸受け部３２５，３２６の間には複数の側部ローラ３１３が回転可能に固定される。複数の側部ローラ３１３は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。複数の側部ローラ３１３は、上下方向（図中Ｚ方向）の回転軸を有する。側部ローラ３１３は軸受け部３２５，３２６に固定された側部ローラ３１３の回転軸から側壁板３２１の内側面までの距離よりも長い半径を有する。側壁板３２１の所定位置には、側部ローラ３１３を側壁板３２１の内側面から突出させるための突出穴３２９が形成されている。側壁板３２１において突出穴３２９が形成される位置は、軸受け部３２３と３２４との間に固定される側部ローラ３１３の位置に対応する。側壁板３２１に突出穴３２９が形成されていることで、軸受け部３２５，３２６に固定された側部ローラ３１３が側壁板３２１の内側面から突出する。側壁板３２１の内側面から突出した複数の側部ローラ３１３の突出端により柱状体を支持する支持面が規定される。

側壁板３２１と同様に、側壁板３２２には一対の軸受け部３２７，３２８が固定される。一対の軸受け部３２５，３２６と同様に、一対の軸受け部３２７，３２８の間には複数の側部ローラ３１４が回転可能に固定される。側部ローラ３１４は、側部ローラ３１３と同一の形状を有する。複数の側部ローラ３１４は、複数の側部ローラ３１３と同様に、側壁板３２２の内側面から突出する。側壁板３２２の内側面から突出した複数の側部ローラ３１４の突出端により柱状体を支持する支持面が規定される。

複数の側部ローラ３１３により規定される支持面から複数の側部ローラ３１４により規定される支持面までの距離は、射出部３０の筒状部分の幅に対応する。複数の側部ローラ３１３により規定される支持面と複数の側部ローラ３１４により規定される支持面とは、射出部３０の筒状部分の幅が柱状体の幅以下の長さになるように設計される。具体的には、側部ローラ３１３，３１４の側壁板３２１，３２２の内側面からの突出長が、複数の側部ローラ３１３により規定される支持面から複数の側部ローラ３１４により規定される支持面までの距離が柱状体の幅以下の長さになるように調整される。複数の側部ローラ３１３により規定された支持面から複数の側部ローラ３１４により規定された支持面までの距離が柱状体の幅よりも短いとき、複数の側部ローラ３１３，３１４は、柱状体との間で予圧がかけられた状態で柱状体を支持する。

側壁板３２１、３２２の上部間には複数の上部ローラ３１２が回転可能に固定される。複数の上部ローラ３１２は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。したがって、複数の上部ローラ３１２は、左右方向（図中Ｙ方向）の回転軸を有する。複数の上部ローラ３１２の下部により柱状体を支持する支持面が規定される。側壁板３２１、３２２の下部間には複数の下部ローラ３１１が回転可能に固定される。複数の下部ローラ３１１は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。したがって、複数の下部ローラ３１１は、左右方向（図中Ｙ方向）の回転軸を有する。複数の下部ローラ３１１の上部により柱状体を支持する支持面が規定される。

複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離は射出部３０の筒状部分の厚みに対応する。複数の上部ローラ３１２により規定される支持面と複数の下部ローラ３１１により規定される支持面とは、射出部３０の筒状部分の厚みが柱状体の厚み以下の長さになるように設計される。具体的には、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１との固定位置が、複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離が柱状体の厚み以下の長さになるように決定される。複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離が柱状体の厚みよりも短いとき、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラとは、柱状体との間に予圧がかけられた状態で柱状体を支持する。

以上説明したように、射出部３０の筒状部分の幅及び厚みは、それぞれ柱状体の幅及び厚みよりも短くなるように設計される。それにより、射出部３０と柱状体との間に予圧がかけられた状態となる。射出部３０と柱状体との間に適切な予圧がかけられることで、アーム収縮時のガタツキが減り、ガタツキが減ることにより異音を防止することができる。また、射出部３０の剛性を高めることができる。すなわち、アーム部２及び手先効果器３の移動に伴ってかかる外力やアーム部２及び手先効果器３の重量に応じた外力に対して射出部３０の変形量を小さくすることができる。それにより、射出部３０によるアーム部２の位置を保持する精度を高くすることができる。なお、本実施形態では予圧をかける方法として定位置予圧を採用している。本実施形態において、定位置予圧はローラと柱状体との間の位置関係によって、柱状体と射出部３０との間に予圧をかける方法である。このとき、ローラの間隔は柱状体の幅（厚み）よりもわずかに短くすることで柱状体と射出部３０との間に予圧がかかる。しかしながら、柱状体と射出部３０との間に予圧をかける方法はこれに限定されない。コイルバネや皿バネなどを利用した定圧予圧により、柱状体と射出部３０との間に予圧をかけてもよい。本実施形態では、これらのバネを利用してローラを柱状体に向かって押し込むことにより柱状体と射出部３０との間に予圧をかけることができる。

なお、射出部３０にはアーム部２及び手先効果器３の重量に応じた外力（重力）が常に働く。したがって、柱状体との間に予圧がかけられる効果は、特に射出部３０の上部ローラ３１２と下部ローラ３１１に関して顕著である。一方、側部ローラ３１３、３１４には、上部ローラ３１２及び下部ローラ３１１に比べて大きな外力が働かない。したがって、側部ローラ３１３，３１４と柱状体との間には予圧がかけられなくてもよい。つまり、射出部３０の筒状部分の幅は柱状体の幅に等価であればよい。また、柱状体と線で接触する側部ローラ３１３，３１４に代わって、柱状体と点で接触するボールベアリングが用いられてもよい。

ドライブギア２４ａが順回転すると、第２連結コマ列２０が第１連結コマ列２１とともに射出部３０に誘導される。射出部３０に誘導された第１連結コマ２３は、最後尾の下部ローラ３１１に沿って回転しながら射出中心軸に平行な直線上に整列される。同様に、射出部３０に誘導された第２連結コマ２２は、最後尾の上部ローラ３１２の回転軸に沿って射出中心軸に平行な直線上に整列される。既述のとおり、射出部３０の筒状部分の厚みはアーム部２の厚みよりもわずかに短い。そのため、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１とともに、射出部３０の後方の上部ローラ３１２と下部ローラ３１１とにより挟まれる。それにより、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは相互に押圧され、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３０の複数のローラ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。そして、接合されたアーム部２が射出部３０から前方に向かって送り出される。

次に、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３の配置方法について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に係るガイド部４０を構成する複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３の配置方法を説明するための補足説明図である。図６（ａ）は、ロボットアーム機構のガイド部４０と射出部３０とを含む範囲を断面方向から見た図である。図６（ｂ）は第２連結コマ２２の長さを説明するための補足説明図である。図６（ｂ）に示すように、第２連結コマ２２が連なっている方向（長さ方向）において、第２連結コマ２２の先端から後端までの距離Ｌ２を第２連結コマ２２長Ｌ２とする。また、ガイドローラ４１１とガイドローラ４１２との間の回転軸間距離をＬ４１（以下、ローラ間隔Ｌ４１と称す）、ガイドローラ４１２とガイドローラ４１３との間の回転軸間距離をＬ４２（以下、ローラ間隔Ｌ４２と称す）、ガイドローラ４１３の回転軸と射出部３０の後端、ここでは射出部３０の最後尾の上部ローラ３１２の回転軸との間の距離をＬ４３（以下、ローラ間隔Ｌ４３と称す）とする。

図６に示すように、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３は互いに平行にドライブギア２４ａ付近から射出部３０にかけてそれぞれ配置される。具体的には、ガイドローラ４１３（先頭のガイドローラ４１３）は、射出中心軸に関して、射出部３０の後端から（最後尾の上部ローラ３１２から）ローラ間隔Ｌ４３を隔てて配置される。ローラ間隔Ｌ４３は第２連結コマ長Ｌ２以下の長さを有する。先頭のガイドローラ４１３は、射出部３０の厚み方向に関して、最後尾の上部ローラ３１２と同位置に配置される。

ガイドローラ４１２は、ガイドローラ４１１と４１３との間に配置される。具体的には、ガイドローラ４１２は、射出中心軸に関して、ガイドローラ４１１からローラ間隔Ｌ４１を隔てた位置であって、ガイドローラ４１３からローラ間隔Ｌ４２を隔てた位置に配置される。ローラ間隔Ｌ４１、Ｌ４２は、第２連結コマ長Ｌ２以下の長さを有する。それにより、第２連結コマ２２は少なくとも１つのガイドローラにより支持される。ガイドローラ４１２は、射出部３０の厚み方向に関して、先頭のガイドローラ４１３と最後尾のガイドローラ４１１との間に配置される。本実施形態のように、最後尾のガイドローラ４１１が射出部３０の厚み方向に関して最後尾の上部ローラ３１２と同位置に配置されているとき、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３の下部と最後尾の上部ローラ３１２とで規定される面は、射出中心軸に平行となる。

なお、ローラ間隔Ｌ４１とＬ４２とを合算した長さが第２連結コマ長Ｌ２以下であれば、ガイドローラ４１２はなくてもよい。また、ローラ間隔Ｌ４１とＬ４２とを合算した長さが第２連結コマ長Ｌ２の２倍よりも長い場合、先頭のガイドローラ４１３と最後尾のガイドローラ４１１との間に２つ以上のガイドローラを、ローラ間隔が第２連結コマ長Ｌ２以下になるように配置すればよい。

次に、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３が図６で説明した条件に従って配置されたときの機能について図７を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部４０の機能を説明するための補足説明図である。図７は、ロボットアーム機構のガイド部４０と射出部３０とを含む範囲を断面方向から見た図である。図７はアーム部２が送り出される様子を示している。図７（ｂ）は図７（ａ）から所定時間経過後の状態を示している。

まず、最後尾のガイドローラ４１１の機能について説明する。ドライブギア２４ａが順回転されると、第２連結コマ列２０が射出部３０に誘導される。図６に示すように、第２連結コマ２２はドライブギア２４ａに係合した直後にコマの向きが大きく変化する。したがって、特にアーム部２が高速に伸長されているとき、ドライブギア２４ａに係合した直後の第２連結コマ２２は、その前方の連結部分を回転の中心としてその後方部分が図中矢印ＵＤの方向に勢いよく回転される。最後尾のガイドローラ４１１はドライブギア２４ａに係合した直後の、回転された第２連結コマ２２を係止する。そのために、最後尾のガイドローラ４１１は射出中心軸に関して、ドライブギア２４ａと同位置またはドライブギア２４ａの後方近傍に配置される。それにより最後尾のガイドローラ４１１により、第２連結コマ２２が第２支持体１１ｂ及びそのカバー等に衝突する可能性を低減することができ、第２連結コマ２２の損傷や衝突で発生する音を抑止することができる。

なお、最後尾のガイドローラ４１１は第２連結コマ２２よりも低い硬度を有する。具体的には、最後尾のガイドローラ４１１は弾性体、例えばゴム等でそのローラ部分が覆われている。それにより第２連結コマ２２がガイドローラ４１１に衝突するときの力を弾性体で吸収することができるため、第２連結コマ２２の損傷を防止することができる。また、例えば、最後尾のガイドローラ４１１は他のガイドローラに比べて大きな径を有する。それにより、回転した第２連結コマ２２を係止できる可能性を高くすることができる。

また、最後尾のガイドローラ４１１がドライブギア２４ａとの間で第２連結コマ２２を挟むための位置に配置されることで、最後尾のガイドローラ４１１はリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態を維持することができる。したがって、最後尾のガイドローラ４１１により、ドライブギア２４ａからリニアギア２２ａが外れてしまうのを防ぐことができるため、アーム部２の収縮動作が安定させることができる。

次に、複数のガイドローラ４１２，４１３の機能について説明する。複数のガイドローラ４１２、４１３は、ローラ間隔が第２連結コマ長Ｌ２以下の長さになるように配置される。それにより、第２連結コマ長Ｌ２の間に少なくとも１つのガイドローラが配置される。第２連結コマ列２０は表面方向に屈曲可能な性質を有する。したがって、第２連結コマ列２０は表面方向に湾曲する可能性がある。しかしながら、第２連結コマ２２は表面方向で少なくとも１つのガイドローラにより支持されるため、何らかの要因で第２連結コマ列２０に対してその表面方向に屈曲する力が作用した場合でも、第２連結コマ列２０の表面方向への湾曲を抑えることができる。複数のガイドローラ４１２、４１３は第２連結コマ２２よりも低い硬度を有する。それにより複数のガイドローラ４１２，４１３に対して第２連結コマ２２により強い力が作用した場合でも、第２連結コマ２２よりも先に複数のガイドローラ４１２，４１３が壊れるため、第２連結コマ２２の損傷を抑えることができる。

さらに、先頭のガイドローラ４１３には以下の機能がある。先頭のガイドローラ４１３は、射出部３０の厚み方向に関して、最後尾の上部ローラ３１２と同位置に配置される。先頭のガイドローラ４１３が射出部３０の厚み方向に関して最後尾の上部ローラ３１１と同位置に配置されることで、第２連結コマ列２０を最後尾の上部ローラ３１２に進入する角度をゼロにすることができる。つまり、先頭のガイドローラ４１３により、第２連結コマ列２０を射出中心軸に平行な方向に沿って射出部３０に進入させることができる。したがって、第２連結コマ２２が最後尾の上部ローラ３１２で大きく向きが変化しないため、射出部３０での第１連結コマ２３と第２連結コマ２２との接合の不具合が発生する可能性を小さくすることができる。

なお、ガイド部４０の構成は本実施形態に限定されない。
図８は、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部４０の他の構成例を示す図である。図８（ａ）に示すように、ドライブギア２４ａと射出部３０との間が距離が長い場合、最後尾のガイドローラ４１１と射出部３０までの間に、ローラ間隔が第２連結コマ長Ｌ２以下になるように、複数のガイドローラ４１２，４１３，４１４，４１５，４１６を射出中心軸に沿って配置すればよい。さらに、第２連結コマ列２０が背面方向にも屈曲可能な場合、図８（ａ）に示すように、第２連結コマ列２０を挟んで複数のガイドローラ４１２，４１３，４１４，４１５，４１６と対向する位置に複数のガイドローラ４１７，４１８を配置してもよい。このとき、複数のガイドローラ４１７，４１８は、複数のガイドローラ４１２−４１６から、第２連結コマ２２の厚みと同じまたはわずかに長い距離を隔てて配置されている。それにより、複数のガイドローラ４１２−４１８は、第２連結コマ列２０の表面方向と背面方向とに湾曲を防止することができる。

また、第２連結コマ列２０の表面方向に屈曲する角度がピン等により制限されている場合を想定する。このような場合、図８（ｂ）に示すように、ガイド部４０はガイドローラ４１１だけで構成されてもよい。それは、第２連結コマ列２０は表面方向に屈曲する角度が制限されているため、表面方向に大きく湾曲することがない。したがって、第２連結コマ列２０の表面方向への湾曲を防止する必要性が低い。また、本実施形態のように、射出部３０の厚み方向に関して、最後尾の上部ローラ３１２とガイドローラ４１１とが同位置に配置されている場合、ガイドローラ４１１とドライブギア２４ａとに挟まれた第２連結コマ２２は、既に射出中心軸に平行となっている。したがって、第２連結コマ列２０を射出中心軸に平行な方向に沿って射出部３０に進入させるための先頭のガイドローラ４１３を配置する必要がない。これらの理由から、第２連結コマ列２０の背面方向への屈曲が負荷であって、表面方向への屈曲角度が制限されている場合において、複数のガイドローラ４１２，４１３は不要である。もちろん、射出部３０の厚み方向に関して、最後尾の上部ローラ３１２に対してガイドローラ４１１が大きく隔てられている場合、第２連結コマ列２０を射出中心軸に平行な方向に沿って射出部３０に進入させる必要がある。したがって、先頭のガイドローラ４１３は配置されてもよい。ガイド部４０がこのように構成されることで、部品点数も少なくすることができるため、コスト削減の効果がある。

また、ガイド部４０は射出部３０の一部として機能してもよい。具体的には、図８（ｃ）に示すように、ガイドローラ４１１は、下部ローラ３１１とともに射出部３０を構成する。このとき、重力方向は−Ｚ方向とする。このとき、柱状体にはアーム部２及び手先効果器３の重量に応じて働く重力により力のモーメントが発生する。しかしながら、ガイドローラ４１１により柱状体が支持されていることで、モーメントにより回転しようとする柱状体を抑えることができる。例えば、アーム部２及び手先効果器３の重力が軽い等の場合において、ガイドローラ４１１と下部ローラ３１１とにより構成された射出部３０で柱状体を支持する機能を果たすことができる。射出部３０がこのように構成されることで、射出部３０の部品点数も少なくすることができるため、コスト削減の効果がある。

以上説明した本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部４０によれば以下のような効果を得られる。つまり、ガイド部４０により、アーム伸長時において、ドライブギア２４ａに係合した直後の第２連結コマ２２を他の機構に衝突させることなく、射出部３０まで誘導することができる。具体的には、ドライブギア２４ａに係合した直後に跳ね上がる第２連結コマ２２を、最後尾のガイドローラ４１１により抑えることができる。また、最後尾のガイドローラ４１１は第２連結コマ２２の背面に設けられたリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態を維持することができる。つまり、最後尾のガイドローラ４１１は、第２連結コマ列２０を射出部３０にガイドし且つ第２連結コマ２２の背面に設けられたリニアギア２２ａとドライブギア２４ａとの係合状態を維持することができる。また、先頭のガイドローラ４１３は射出中心軸に関して最後尾の上部ローラ３１２と同位置に配置される。先頭のガイドローラ４１３は第２連結コマ列２０を射出中心軸に平行に射出部３０に進入させることができる。それにより射出部３０での第１連結コマ列２１との接合の不具合を少なくすることができる。また、複数のガイドローラ４１１，４１２，４１３は回転軸間距離が第２連結コマ２２の長さ以下になるように配列される。それにより、第２連結コマ列２０が表面方向に湾曲するのを防ぐことができる。したがって、本実施形態に係るロボットアーム機構のガイド部４０は、アーム部２の収縮動作を安定させることができる。

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、３０…射出部、３１１…下部ローラ、３１２…上部ローラ、３１３，３１４…側部ローラ、３２１，３２２…側壁板、３２３…下壁板，３２４…上壁板，３２５，３２６，３２７，３２８…軸受け部、４０…ガイド部、４１１、４１２，４１３…ガイドローラ

Claims (3)

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、円弧またはロ字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連結コマ列と接合されることにより柱状体を構成し、
   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、
   前記第２連結コマ列を前記射出部に誘導し且つ前記第２連結コマに設けられたリニアギアとドライブギアとの係合状態を維持するガイドローラが設けられる、ロボットアーム機構。
2. 前記ガイドローラは前記アーム部の中心軸に関して前記ドライブギアと同位置または前記ドライブギアよりも後方に設けられる、請求項１記載のロボットアーム機構。
3. 前記ガイドローラの表面は前記第２連結コマよりも低い硬度を有している、請求項１記載のロボットアーム機構。