JP2019213290A

JP2019213290A - 多関節アーム装置

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Publication number: JP2019213290A
Application number: JP2018105345A
Authority: JP
Inventors: 泰森川; Yasushi Morikawa; 保卯月; Tamotsu Uzuki; 義也穴原; Yoshiya Anahara; 義則鵜瀬; Yoshinori Use; 孝志谷; Takashi Tani; 航綿引; Ko Watabiki
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JP6991484B2

Abstract

【課題】操作器具の重量をキャンセルした状態にて作業者が操作器具を容易に操作することができるコンパクトな多関節アーム装置に関する要求があった。【解決手段】ベース１１と、このベース１１に支持された第１の支軸１６を介してベース１１に連結された第１アーム１２と、第２の支軸２１を介して第１アーム１２に連結された第２アーム１３と、第３の支軸２２を介して第２アーム１３に連結され、かつ操作器具Ｄが取り付けられるブラケット１４と、ベース１１に対してブラケット１４の姿勢を維持する姿勢維持手段とを具えた本発明による多関節アーム装置１０は、第１の支軸１６回りに発生する第１アーム１２の回転モーメントを相殺する回転トルクを第１アーム１２に付与する第１のトルク付与手段と、第２の支軸２１回りに発生する第２アーム１３の回転モーメントを相殺する回転トルクを第２アーム１３に付与する第２のトルク付与手段とを具えている。【選択図】図２

Description

本発明は、作業者が操作器具自体の重量を感ずることなく、これを操作することができるようにした多関節アーム装置に関する。

電圧が印加された状態で高圧電線の点検や修理などを行う活線作業では、作業者の感電事故を確実に回避することに加え、その作業の容易性を向上させることが求められている。このため、作業者が高圧ゴム長靴やベストおよび高圧ゴム手袋などの保護具を着用しなければならない旧来の直接活線工法から、作業者を活線から離すことによって保護具を着用する必要をなくした間接活線工法への活線作業の切り替えが進められている。この間接活線工法においては、作業者が高圧電線に直接触れないように、各種絶縁操作器具を用いて活線作業を行うため、より安全であり、特に夏場においては直接活線工法よりも作業者の疲労を著しく少なくすることが可能である。

特開２００３−１８１７８９号公報特開２０１５−１８８５６５号公報

間接活線工法においては、高圧電線に対する作業者の直接的な感電を防止するため、作業者が乗り込む高所作業車のバケットは、ここから作業者が手を伸ばしても高圧電線に直接届かないような位置に保持される。このため、作業者は必然的に長尺の操作器具を常時上向きで操作しなければならず、操作器具の重量が１０キログラム程度のものになると、これを支えながらの活線作業となるため、作業者の疲労度が大きく、さらなる改善が求められている。

このような要求に対処し得る技術として、例えば特許文献１や特許文献２に開示された荷重キャンセル装置が知られているけれども、これらは高所作業者のバケットに乗り込んだ作業者が操作しやすいものとは言えなかった。

本発明の目的は、操作器具の重量をキャンセルした状態にて操作器具を容易に操作することができる多関節アーム装置を提供することにある。

本発明による多関節アーム装置は、ベースと、このベースに第１の支軸を介して基端部が回動可能に連結された第１のアームと、前記第１の支軸と平行な第２の支軸を介して前記第１のアームの先端部に回動可能に連結された第２のアームと、前記第１の支軸と平行な第３の支軸を介して前記第２のアームの先端部に回動可能に連結され、かつ操作器具が取り付けられるブラケットと、このブラケットを前記第２のアームに対して前記第３の支軸の軸線回りに回動させない限り、前記第１の支軸を中心とする前記第１のアームの回動および前記第２の支軸を中心とする前記第２のアームの回動の如何に拘らず、前記ベースに対して前記ブラケットの姿勢を維持する姿勢維持手段とを具え、前記第１の支軸が前記ベースに回転自在に支持されると共にこの第１の支軸に前記第１のアームの基端部が一体的に結合された多関節アーム装置であって、前記第１のアームおよび前記第２の支軸および前記第２のアームおよび前記第３の支軸および前記ブラケットおよびこのブラケットに取り付けられる操作器具の自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１のアームに付与する第１のトルク付与手段と、前記第２のアームおよび前記第３の支軸および前記ブラケットおよびこのブラケットに取り付けられる操作器具の自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第２のアームに付与する第２のトルク付与手段とをさらに具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、第１のトルク付与手段が第１の支軸回りに生ずる第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを第１のアームに付与する。また、第２のトルク付与手段が第２の支軸回りに生ずる第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを第２のアームに付与する。この結果、作業者が第１および第２のアームの回動操作や、ブラケットに取り付けられた操作器具を操作する際に、これらの自重による負荷が作業者に全く掛からない。

本発明による多関節アーム装置において、前記第１のトルク付与手段は、基端部が前記第１の支軸に固定された第１のレバーと、一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１の支軸に付与するためのばね力を有する第１のばねと、一端がこの第１のばねの他端に連結されると共に他端が前記第１のレバーの先端部に連結され、当該第１のばねのばね力を前記第１のレバーに伝達する第１のばね力伝達手段と、この第１のばね力伝達手段に組みこまれ、前記第１のばねの伸縮に拘らず、そのばね力を一定に維持するための手段とを具えることができる。

この場合、前記第１のばね力伝達手段および前記第１のばねのばね力を一定に維持するための手段は、前記ベースに回転自在に取り付けられたプーリーと、このプーリーと同軸一体であって、当該プーリーの回転軸線からの距離が前記第１のばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する回転カムと、一端が前記第１のばねの他端に連結されると共に他端側が前記回転カムのカム面に巻き付けられて前記回転カムに固定される第１の索条と、一端が前記第１のレバーの先端部に連結されると共に他端側が前記プーリーに巻き付けられて前記プーリーに固定される第２の索条とを具えることができる。

また、前記第１のトルク付与手段は、一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１のばねと共に前記第１の支軸に付与するためのばね力を有する第１の補助ばねと、前記プーリーの回転軸線と同軸状をなし、かつ前記プーリーの回転軸線からの距離が前記補助ばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する第１の補助回転カムと、一端が前記第１の補助ばねの他端に連結されると共に他端側が前記第１の補助回転カムのカム面に巻き付けられて前記第１の補助回転カムに固定される第１の補助索条と、前記回転カムと前記第１の補助回転カムとの間に組み込まれ、操作機器の重量に応じて前記第１の補助回転カムを前記回転カムと同位相にて接続または切り離す第１のクラッチ機構とをさらに具えることができる。

前記第２の支軸が前記第１のアームの先端部に一体的に結合され、前記第２のトルク付与手段は、前記第１の支軸と同軸に前記ベースおよび前記第１のアームの基端部に対して回転自在に設けられた中空軸と、前記第２の支軸回りの前記第２のアームの回動動作に対して前記中空軸を同期回転させる第１の連動手段と、基端部が前記中空軸に固定された第２のレバーと、一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記中空軸に付与するためのばね力を有する第２のばねと、一端がこの第２のばねの他端に連結されると共に他端が前記第２のレバーの先端部に連結され、当該第２のばねのばね力を前記第２のレバーに伝達する第２のばね力伝達手段と、この第２のばね力伝達手段に組みこまれ、前記第２のばねの伸縮に拘らず、そのばね力を一定に維持するための手段とを具えることができる。

この場合、前記第２のばね力伝達手段および前記第２のばねのばね力を一定に維持するための手段は、前記ベースに回転自在に取り付けられたプーリーと、このプーリーと同軸一体であって、当該プーリーの回転軸線からの距離が前記第２のばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する回転カムと、一端が前記第２のばねの他端に連結されると共に他端側が前記回転カムのカム面に巻き付けられて前記回転カムに固定される第１の索条と、一端が前記第２のレバーの先端部に連結されると共に他端側が前記プーリーに巻き付けられて前記プーリーに固定される第２の索条とを具えることができる。

また、前記第２のトルク付与手段は、一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第２のばねと共に前記中空軸に付与するためのばね力を有する第２の補助ばねと、前記プーリーの回転軸線と同軸状をなし、かつ前記プーリーの回転軸線からの距離が前記第２の補助ばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する第２の補助回転カムと、一端が前記第２の補助ばねの他端に連結されると共に他端側が前記第２の補助回転カムのカム面に巻き付けられて前記第２の補助回転カムに固定される第２の補助索条と、前記回転カムと前記第２の補助回転カムとの間に組み込まれ、操作機器の重量に応じて前記第２の補助回転カムを前記回転カムと同位相にて接続または切り離す第２のクラッチ機構とをさらに具えることができる。

同様に、前記ベースに対して前記第１の支軸の相対回転を阻止することにより、前記ベースに対する前記第１のアームの旋回姿勢を固定する第１のロック機構と、前記ベースに対して前記中空軸の相対回転を阻止することにより、前記第１のアームに対する前記第２のアームの旋回姿勢を固定する第２のロック機構とをさらに具えることができる。

前記第３の支軸が前記第２のアームの先端部に回転自在に支持されると共に前記ブラケットが前記第３の支軸に一体的に結合され、前記姿勢維持手段は、前記第１の支軸と平行に前記ベースに固定された固定軸と、前記中空軸にこれと同軸に回転自在に取り付けられた第１回転体と、前記第２の支軸にこれと同軸に回転自在に取り付けられた第２回転体と、前記固定軸に対する前記第３の支軸の回転位相が常に一定となるように、前記固定軸に対して前記第１回転体および前記第２回転体および前記第３の支軸を同期回転させる第２の連動手段とを有することができる。

前記ベースは、固定対象物に取り外し可能に固定される固定部と、前記第１の支軸と直交する旋回軸を介して前記固定部に旋回可能に支持される旋回部とを有し、前記第１のアームの第１の支軸がこの旋回部に回転自在に支持されているものであってよい。

この場合、前記ベースの固定部は、これを固定対象物に対して取り外し可能に固定するための固定手段を有することができる。

前記操作器具は、作業者によって操作される各種の器具や工具などであってよい。

本発明の多関節アーム装置によると、自重によって生ずる第１および第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクをそれぞれ付与する第１および第２のトルク付与手段を具えているので、作業者は操作器具に対する操作力だけで作業を行うことができる。この結果、重量のある操作器具であっても作業者の肉体的負担を大幅に軽減させることが可能である。

第１のトルク付与手段が、第１のレバーと、第１のばねと、第１のばね力伝達手段と、第１のばねの伸縮に拘らず、そのばね力を一定に維持するための手段とを具えている場合、電力などを必要とせず、いつでもどこででも作業を行うことができる。

第１のばね力伝達手段および第１のばねのばね力を一定に維持するための手段が、プーリーと、回転カムと、第１の索条と、第２の索条とを具えている場合、常に第１および第２のアームや操作器具の重量をキャンセルした状態で作業を行うことができる。

第１のトルク付与手段が、第１の補助ばねと、第１の補助回転カムと、第１の補助索条と、第１のクラッチ機構とを具えている場合、重量の異なる２種類の操作器具に応じてばね力の切り替えを行うことができる。

第２のトルク付与手段が、中空軸と、第１の連動手段と、第２のレバーと、第２の機械的力発生手段とを具えている場合、第２のトルク付与手段を第１のレバーではなく、ベースに組み込んで第１のレバーを軽量化させることができる。

第２のばね力伝達手段および第２のばねのばね力を一定に維持するための手段が、プーリーと、回転カムと、第１の索条と、第２の索条とを具えている場合、常に第２のアームや操作器具の重量をキャンセルした状態で作業を行うことができる。

第２のトルク付与手段が、第２の補助ばねと、第２の補助回転カムと、第２の補助索条と、第２のクラッチ機構とを具えている場合、重量の異なる２種類の操作器具に応じてばね力の切り替えを行うことができる。

ベースに対する第１のアームの旋回姿勢を固定する第１のロック機構と、第１のアームに対する第２のアームの旋回姿勢を固定する第２のロック機構とを具えている場合、第１アームや第２アームの旋回姿勢を固定しておくことができる。

姿勢維持手段が、固定軸と、第１回転体と、第２回転体と、第２の連動手段とを有する場合、第１および第２のアームの旋回位置の変化に拘らず、ベースに対して操作器具の姿勢を常に維持することができる。

ベースが固定部と旋回部とを有し、第１のアームの第１の支軸が旋回部に対して回動可能に連結されている場合、ブラケットに取り付けられた操作器具を三次元空間の任意の位置に指向させることができる。

ベースの固定部がこれを固定対象物に対して取り外し可能に固定するための固定手段を有する場合、固定対象物に対する多関節アーム装置の着脱を容易かつ迅速に行うことができる。

本発明による多関節アームの装置の一実施形態をバケットに取り付けた高所作業車による間接活線作業の一例を模式的に表す概念図である。図１に示した多関節アーム装置の一実施形態の外観を表す立体投影図である。図１に示した多関節アーム装置の内部構造を表す立体投影図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置のベースの固定部の外観を表す立体投影図である。図４に示したベース部の固定部の外観を逆方向から見た立体投影図である。図４に示したベース部の固定部の底面図であり、その一部を破断状態で示している。図１に示した実施形態による多関節アーム装置のベースの一部を構成する旋回部のフォーク部の構造を表す断面図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置の第１の支軸の軸線に沿った断面図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置の第２の支軸の軸線に沿った断面図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置の第３の支軸の軸線に沿った断面図である。図８中の矢視XI部を抽出拡大した断面図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置のブラケットに取り付けられる工具ホルダーの外観を表す立体投影図である。図１２に示した工具ホルダーを反対側から見た立体投影図である。図１に示した実施形態による多関節アーム装置のトルク付与手段の外観を表す立体投影図であり、第１アームが一方の旋回端に位置した状態にある。図１４に示したトルク付与手段の正面図である。第１アームが他方の旋回端に位置した状態における図１５に示したトルク付与手段の正面図である。図１６中のＸVII−ＸVII矢視に沿った断面図である。負荷切り替え手段の部分の構造を表す断面図であり、軽い操作器具に対応した状態を示している。重い操作器具に対応した状態における負荷切り替え手段の部分の構造を表す断面図である。本発明の原理を模式的に表す概念図である。

本発明による多関節アーム装置を高圧電線の間接活線作業に適用した一実施形態について、図１〜図１９を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態に限らず、作業者が各種操作器具を操作する際に、この操作器具の重量をキャンセルすることが望まれるあらゆる作業に対して適用させることが可能である。

本実施形態による多関節アーム装置を用いた間接活線作業の一例を模式的に図１に示し、この多関節アーム装置の外観を図２に示し、その主要部の内部構造を図３に示す。この多関節アーム装置１０は、例えばトラック式高所作業車のブームＡの先端部に装着されたバケットＢに作業者が乗り込んで高圧電線Ｃの間接活線作業などを行う際に用いられる。より具体的には、この多関節アーム装置１０が本発明における固定対象物としてのバケットＢの囲いに対して取り外し可能に固定される。そして、多関節アーム装置１０に装着された本発明の操作器具としての間接活線工具Ｄの自重を意識せずに、この間接活線工具Ｄを作業者が操作できるようになっている。

本実施形態による多関節アーム装置１０は、ベース１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、本発明における操作器具としての間接活線工具Ｄが取り付けられるブラケット１４とで主要部が構成される。ベース１１は、固定部１５と、旋回部１８とを有する。固定部１５は、本発明における固定対象物としてのバケットＢの囲いの上端縁を跨いで取り外し可能に固定される。旋回部１８は、本発明の第１の支軸としての後述する中空第１支軸１６と直交する本発明における旋回軸としての旋回筒１７を介して固定部１５に旋回可能に支持される。ベース１１の旋回部１８は、フォーク部１９と本体部２０とを有し、この本体部２０に対して第１アーム１２の中空第１支軸１６が回動可能に連結されると共にこの中空第１支軸１６に第１アーム１２の基端部が一体的に結合されている。第１アーム１２は、空間を隔てて対向する左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒと、姿勢維持手段の一部およびトルク伝達手段の一部をそれぞれ構成する後述の歯付きプーリーおよび歯付きベルトなどで主要部が構成される。これら歯付きプーリーおよび歯付きベルトなどは、後述するように、左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒの間に配される。第２アーム１３は、空間を隔てて対向する左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒと、これら左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの間に配されて姿勢維持手段の一部を構成する後述の歯付きプーリーおよび歯付きベルトなどで主要部が構成される。この第２アーム１３の基端部が中空第１支軸１６と平行な第２の支軸２１を介して第１アーム１２の先端部に回動可能に連結されている。ブラケット１４は、中空第１支軸１６と平行な第３の支軸２２を介して第２アーム１３の先端部に回動可能に連結されている。

なお、中空第１支軸１６から第２の支軸２１までの第１アーム１２の長さＬ₁と、第２の支軸２１から第３の支軸２２までの第２アーム１３の長さＬ₂は、作業者の上膊（上腕）および下膊（前腕）の長さにほぼ対応した寸法であることが、作業者による間接活線工具Ｄの操作性を損なわない点で好ましいと言えるが、これに限定されない。

ベース１１の固定部１５の外観を図４および図５に示し、その天板部分の裏面形状を図６に示す。ベース１１の固定部１５は、これをバケットＢの囲いに対して取り外し可能に固定するための固定手段を有し、本実施形態においてはトグルクランプ装置２３を用いているが、これに限定されない。作業床の形状や構造などに応じてその固定手段の構成を適宜変更することが可能である。固定部１５は、バケットＢの囲いの上端部に跨がる鞍形をなし、トグルクランプ装置２３に連結されたクランプパッド２４と、このクランプパッド２４と対向する受けパッド２５とを有する。クランプパッド２４は、トグルクランプ装置２３のクランプレバー２６を操作することにより、受けパッド２５との対向方向のクランプ位置とアンクランプ位置とに切り換えることができる。クランプパッド２４をクランプ位置に切り換えて受けパッド２５とでバケットＢの囲いを挾持することにより、多関節アーム装置１０の固定部１５をバケットＢの囲いの上端部に固定することができる。この場合、旋回筒１７の軸線が鉛直方向となるように、バケットＢの囲いに対してベース１１を固定することが好ましい。

ベース１１の旋回部１８におけるベース１１のフォーク部１９の断面構造を図７に示す。フォーク部１９の底板２７から下方に突出する旋回筒１７は、固定部１５の天板２８を貫通し、この天板２８と旋回筒１７との間に配された軸受２９を介してベース１１の固定部１５に対し旋回可能に支持されている。固定部１５の天板２８の裏面側には、旋回筒１７の下端部を取り囲む一対のそれぞれ半円弧状をなすクランプアーム３０ａ，３０ｂの一端部が天板２８に取り付けられるボルト３１を介して旋回筒１７に対し開閉自在に取り付けられている。クランプつまみ３２は、一方のクランプアーム３０ａの他端部に形成された段付き孔３０ｃを介して他方のクランプアーム３０ｂの他端部にねじ込まれている。このクランプつまみを３２操作し、一対のクランプアーム３０ａ，３０ｂの他端部が相互に近付くようにクランプつまみ３２をねじ込むことにより、固定部１５に対してフォーク部１９を任意の旋回位置に固定することができる。

ベース１１の本体部２０は、左右の本体外プレート２０ＯＬ，２０ＯＲと、左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲと、後述する第１および第２のトルク付与手段と、第１および第２のロック機構とで主要部が構成されている。本体外プレート２０ＯＬ，２０ＯＲは、本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲとの間に空間を隔ててほぼ平行に配される。また、第１および第２のトルク付与手段および第１および第２のロック機構は、これら本体外プレート２０ＯＬ，２０ＯＲと本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲとの間にそれぞれ配される。フォーク部１９の上端部を中空第１支軸１６と平行に貫通する連結軸３３の両端部には、左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲの内側面と対向するフランジ部３３Ｌ，３３Ｒが設けられている。これらフランジ部３３Ｌ，３３Ｒには、連結軸３３を中心とする円弧状の長孔３３ａが所定間隔で複数形成されている。連結軸３３の両端部はフランジ部３３Ｌ，３３Ｒの長孔３３ａを介して左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲにそれぞれ固定されるが、連結軸３３に対する左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲの傾きは、長孔３３ａにより約１５度の範囲で調整できるようになっている。

左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲの中央部には、本発明の固定軸としての固定プーリー軸３４が左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲを貫通状態で中空第１支軸１６と平行に配されている。姿勢維持手段の一部を構成する固定プーリー軸３４の両端部には、固定プーリー軸３４を中心とする円弧状の長孔３４ａを形成した扇状の位置決め板３４Ｌ，３４Ｒが設けられている。位置決め板３４Ｌ，３４Ｒは、これら長孔３４ａを介して左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲに固定されている。本実施形態では、約２５度の範囲で左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲに対して固定プーリー軸３４の回動位置を変更することができるようになっている。固定プーリー軸３４の中央部には、ベース歯付きプーリー３５が固定されている。

中空第１支軸１６の軸線に沿った断面構造を図８に示す。先の固定プーリー軸３４と平行なセンターシャフト３６は、ベース１１の旋回部１８の旋回軸線に対して直交し、旋回軸線を鉛直方向に設定した場合、センターシャフト３６は水平に配されることとなる。本実施形態におけるセンターシャフト３６は、左本体外プレート２０ＯＬおよび左本体内プレート２０ＩＬの上端部と、左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒの下端部と、左本体内プレート２０ＩＬおよび左本体外プレート２０ＯＬの上端部とを貫通している。このセンターシャフト３６が挿通され、かつセンターシャフト３６と同軸の中空軸３７は、左本体外プレート２０ＯＬ，左本体内プレート２０ＩＬ，左第１アームプレート１２Ｌを貫通し、右第１アームプレート１２Ｒまで延在している。この中空軸３７と、左本体外プレート２０ＯＬ，左本体内プレート２０ＩＬおよび左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒとの間には、それぞれ軸受３８が組みこまれている。これにより、左本体内プレート２０ＩＬ，左本体外プレート２０ＯＬおよび左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒに対し、中空軸３７が相対回転可能となっている。左本体内プレート２０ＩＬと左本体外プレート２０ＯＬとの間には、中空軸３７と一体的に連結され、第２のトルク付与手段の一部を構成する第２アーム用キャンセルレバー３９ｓが配されている。さらに、左第１アームプレート１２Ｌと右第１アームプレート１２Ｒとの間には、中空軸３７と一体的に連結されたトルク伝達用第１歯付きプーリー４０と、第１中央歯付きプーリー４２ａおよび連結用第１歯付きプーリー４２ｂとが配されている。本発明における姿勢維持手段の一部を構成する第１中央歯付きプーリー４２ａおよび連結用第１歯付きプーリー４２ｂは、それぞれ軸受４１を介して中空軸３７に対し回転自在に取り付けられている。これら２つの歯付きプーリー４２ａ，４２ｂは、固定プーリー軸３４と一体のベース歯付きプーリー３５と同じピッチ円径を有し、相互に一体的に連結されている。

第１中央歯付きプーリー４２ａと先のベース歯付きプーリー３５との間には、本発明における姿勢維持手段の一部を構成する無端のベース歯付きベルト４３が巻き掛けられている。この場合、ベース歯付きプーリー３５は固定状態となっているので、第１および第２アーム１２，１３の旋回動作に伴って、ベース歯付きプーリー３５に対するベース歯付きベルト４３の噛み合い位置が変化するだけである。

先の中空軸３７と共にセンターシャフト３６が挿通され、かつセンターシャフト３６と同軸の中空第１支軸１６は、右本体内プレート２０ＩＲおよび右本体外プレート２０ＯＲを貫通し、これらに対してそれぞれ軸受４４を介して相対回転可能となっている。中空第１支軸１６の内側端にはフランジ部１６ａが形成され、このフランジ部１６ａが右第１アームプレート１２Ｒに一体的に固定されている。従って、第１アーム１２はベース１１の本体部２０に対し中空第１支軸１６を中心として回動可能となっている。右本体内プレート２０ＩＲと右本体外プレート２０ＯＲとの間には、中空第１支軸１６と一体的に連結され、後述する第１のトルク付与手段の一部を構成する第１アーム用キャンセルレバー３９ｆが配されている。

第２の支軸２１の軸線に沿った断面構造を図９に示す。センターシャフト３６と平行な第２の支軸２１は、左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの基端部を貫通し、その両端部が左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒの先端部に固定されている。第２の支軸２１と左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの基端部との間には、軸受４６がそれぞれ組みこまれ、第２の支軸２１に対して左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒが回動可能に連結されている。左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの基端部の間には、トルク伝達用第２歯付きプーリー４７と、本発明における姿勢維持手段の一部を構成する第２中央歯付きプーリー４８ａと、連結用第２歯付きプーリー４８ｂとが配されている。

トルク伝達用第１歯付きプーリー４０と同じピッチ円径を持つトルク伝達用第２歯付きプーリー４７は、第２の支軸２１と同軸をなすように、環状の連結板４９を介して左第２アームプレート１３Ｌの基端部に固定されている。つまり、トルク伝達用第２歯付きプーリー４７は左第２アームプレート１３Ｌと一体であり、このトルク伝達用第２歯付きプーリー４７とトルク伝達用第１歯付きプーリー４０との間には、無端のトルク伝達用第１歯付きベルト５０が巻き掛けられている。このため、第２アーム１３が第１アーム１２に対して第２の支軸２１を中心として回動すると、中空軸３７が同じ角度だけ同期回動し、第２の支軸２１回りに生ずる第２アーム１３の回転モーメントが中空軸３７に伝達されるようになっている。

第２中央歯付きプーリー４８ａおよび連結用第２歯付きプーリー４８ｂは、それぞれ軸受５１を介して第２の支軸２１に対して回転自在に支持され、これら２つの歯付きプーリー４８ａ，４８ｂは、相互に一体的に連結されている。連結用第２歯付きプーリー４８ｂと先の連結用第１歯付きプーリー４２ｂとの間には、無端の姿勢維持用第１歯付きベルト５２が巻き掛けられている。

センターシャフト３６と第２の支軸２１との間には、アイドルプーリー５３と、一対の張力調整用第１歯付きプーリー５４とが左右の第１アームプレート１２Ｌ，１２Ｒに対して回転自在に取り付けられている。アイドルプーリー５３は、トルク伝達用第１歯付きベルト５０および姿勢維持用第１歯付きベルト５２に押し当たり、一対の張力調整用第１歯付きプーリー５４は、これら歯付きベルト５０，５２に対してそれぞれ噛み合っている。

第３の支軸２２の軸線に沿った断面構造を模式的に図１０に示す。センターシャフト３６と平行な第３の支軸２２は、左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの先端部を貫通し、その両端部が枠状をなすブラケット１４の左右の側板１４ａに固定されている。第３の支軸２２と左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒとの間には、それぞれ軸受５５が組みこまれ、第２アーム１３に対してブラケット１４が第３の支軸２２を介して回動可能に連結された状態となっている。左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒの先端部の間には、第２中央歯付きプーリー４８ａと同じピッチ円径を持つ第３歯付きプーリー５６が第３の支軸２２に一体的に取り付けられている。第３歯付きプーリー５６と先の第２中央歯付きプーリー４８ａとの間には、無端の姿勢維持用第２歯付きベルト５７が巻き掛けられている。また、第２の支軸２１と第３の支軸２２との間には、姿勢維持用第２歯付きベルト５７と噛み合う張力調整用第２歯付きプーリー５８が左右の第２アームプレート１３Ｌ，１３Ｒに対して回転自在に取り付けられている。

このように、ベース歯付きプーリー３５と、第３歯付きプーリー５６とがベース歯付きベルト４３，姿勢維持用第１歯付きベルト５２，姿勢維持用第２歯付きベルト５７を介して連結されており、これらの回転位相が常に同じ状態に保たれる。つまり、中空第１支軸１６を中心とする第１アーム１２の回動および第２の支軸２１を中心とする第２アーム１３の回動の如何に拘らず、ベース１１に対してブラケット１４の姿勢を一定に維持することができる。

本実施形態における姿勢維持手段は、上述した固定プーリー軸３４と一体のベース歯付きプーリー３５，第１中央歯付きプーリー４２ａ，連結用第１歯付きプーリー４２ｂ，ベース歯付きベルト４３，第２中央歯付きプーリー４８ａ，連結用第２歯付きプーリー４８ｂ，姿勢維持用第１歯付きベルト５２，ブラケット１４が取り付けられる第３の支軸２２と一体の第３歯付きプーリー５６，姿勢維持用第１歯付きベルト５２などで構成されているが、これに限定されない。周知の平行リンク機構や歯車機構などを用いて姿勢維持手段を構成したり、これらの機構を先のトルク伝達用第１および第２歯付きプーリー４０，４７やトルク伝達用第１歯付きベルト５０に代えて本発明のトルク伝達手段として適用させることも可能である。

第１中央歯付きプーリー４２ａおよび連結用第１歯付きプーリー４２ｂは、中空軸３７にこれと同軸に回転自在に取り付けられた本発明における第１回転体として機能する。また、第２中央歯付きプーリー４８ａおよび連結用第２歯付きプーリー４８ｂは、第２の支軸２１にこれと同軸に回転自在に取り付けられた本発明における第２回転体として機能する。さらに、ベース歯付きベルト４３，姿勢維持用第１歯付きベルト５２，姿勢維持用第２歯付きベルト５７は、固定プーリー軸３４に対して第３の支軸２２の回転位相を常に一定にさせるための本発明の第２の連動手段として機能する。つまり、これらは、ベース歯付きプーリー３５に対し、第１中央歯付きプーリー４２ａ，連結用第１歯付きプーリー４２ｂおよび第２中央歯付きプーリー４８ａ，連結用第２歯付きプーリー４８ｂを介して第３歯付きプーリー５６を同期回転させる。

なお、前述したように左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲに対する固定プーリー軸３４と一体の位置決め板３４Ｌ，３４Ｒの取り付け位置を固定プーリー軸３４の軸線回りに約２５度の範囲で変更することが可能である。これにより、ベース１１に対してブラケット１４の姿勢を変更することができ、これは必要に応じて作業者によって行われる。

本実施形態における多関節アーム装置１０は、ベース１１の本体部２０に対する第１アーム１２の旋回姿勢を固定する第１のロック機構と、第１アーム１２に対する第２アーム１３の旋回姿勢を固定する第２のロック機構とをさらに具えている。これら第１および第２のロック機構は、作業中に多関節アーム装置１０の第１および第２アーム１２，１３の姿勢が変化しないように維持しておくためのものである。

本実施形態における第１のロック機構の構造を表す図８中の矢視XI部を抽出拡大して図１１に示す。すなわち、中空第１支軸１６の外側端には、第１アーム固定用ディスク５９ｆが一体的に連結されている。この第１アーム固定用ディスク５９ｆと対向する第１アーム用可動ディスク６０ｆには、センターシャフト３６の右端部にねじ込まれる第１アーム固定用レバー６１ｆと一体のレバー軸６２ｆが挿通されている。そして、このレバー軸６２ｆの大径部６２ａと中空第１支軸１６の右端面との間に第１アーム用可動ディスク６０ｆが保持されている。第１アーム固定用ディスク５９ｆおよび第１アーム用可動ディスク６０ｆの相互に対向する端面には相補的な放射状の凹凸部５９ａ，６０ａが形成され、いわゆるハースカップリングと同様な機能を持たせている。第１アーム用可動ディスク６０ｆには、複数本の案内ロッド６３が第１アーム固定用ディスク５９ｆを囲むように中空第１支軸１６の軸線と平行に植設されている。右本体外プレート２０ＯＲを貫通する案内ロッド６３の先端には、右本体外プレート２０ＯＲから案内ロッド６３が抜け外れるのを防止するための頭部６３ａがそれぞれ形成されている。案内ロッド６３には、第１アーム用可動ディスク６０ｆを第１アーム固定用ディスク５９ｆから引き離すように付勢する（図１１中、右方向）圧縮ばね６４ｆがそれぞれ組み付けられている。これらの圧縮ばね６４ｆは、第１アーム用可動ディスク６０ｆと右本体外プレート２０ＯＲとの間に配されている。

従って、第１アーム固定用レバー６１ｆを操作して中空第１支軸１６に対してレバー軸６２ｆを緩めると、圧縮ばね６４ｆのばね力によって第１アーム用可動ディスク６０ｆが第１アーム固定用ディスク５９ｆから引き離される。この結果、ベース１１の本体部２０に対する中空第１支軸１６および第１アーム１２の相対回転が可能になる。逆に、圧縮ばね６４ｆのばね力に抗して第１アーム固定用レバー６１ｆを操作してレバー軸６２ｆを中空第１支軸１６へとねじ込むと、第１アーム固定用ディスク５９ｆと第１アーム用可動ディスク６０ｆとを噛み合わせることができる。これにより、ベース１１の本体部２０に対する中空第１支軸１６および第１アーム１２の相対回転が阻止され、ベース１１に対して第１アーム１２を任意の旋回姿勢にて固定することができる。

第２のロック機構は、基本的な構成が上述した第１のロック機構と同じである。すなわち、第２アーム固定用レバー６１ｓを操作して中空軸３７に対してレバー軸６２ｓを緩めると、圧縮ばね６４ｓのばね力によって第２アーム用可動ディスク６０ｓが第２アーム固定用ディスク５９ｓから引き離される。これにより、べース１１の本体部２０に対する中空軸３７およびこれと一体のトルク伝達用第１歯付きプーリー４０の相対回転が可能となり、第１アーム１２に対し第２の支軸２１を中心として第２アーム１３を旋回させることが可能となる。逆に、圧縮ばね６４ｓのばね力に抗して第２アーム固定用レバー６１ｓを操作してレバー軸６２ｓを中空軸３７へとねじ込み、第２アーム固定用ディスク５９ｓと第２アーム用可動ディスク６０ｓとを噛み合わせることができる。これにより、左本体内プレート２０ＩＬおよび左本体外プレート２０ＯＬに対する中空軸３７およびこれと一体のトルク伝達用第１歯付きプーリー４０の相対回転が阻止される。トルク伝達用第１歯付きプーリー４０は、トルク伝達用第１歯付きベルト５０を介して第２アーム１３と一体のトルク伝達用第２歯付きプーリー４７に連結されている。このため、ベース１１に対して第２アーム１３を任意の旋回姿勢にて固定することができる。

このように、必要に応じて第１および第２のロック機構を操作することにより、作業中に多関節アーム装置１０の姿勢が変化しないように維持しておくことが可能である。

第３の支軸２２に一体的に結合されたブラケット１４には、工具ホルダー６５の取り付けアーム６５ａを取り外し可能に固定するためのクランプレバー６６を有する周知のクランプ装置６７が取り付けられている。工具ホルダー６５を抽出拡大してその外観を図１２に示し、その逆方向から見た外観を図１３に示すが、工具ホルダー６５に関しては、作業者が必要な作業を円滑に行うことができるものでありさえすれば、どのような構成のものでもかまわない。本実施形態における工具ホルダー６５は、丸棒状をなす間接活線工具Ｄの把持部Ｄｇを取り囲み、これが滑り落ちないような圧力で挾持する四列の相互に平行なローラー群６５ｂを有する。これらローラー群６５ｂにて間接活線工具Ｄの把持部Ｄｇを把持しているため、この工具ホルダー６５に対し間接活線工具Ｄの把持部Ｄｇを中心として、間接活線工具Ｄを旋回させることができるようになっている。

従って、第３の支軸２２にはブラケット１４，工具ホルダー６５，間接活線工具Ｄの重量によって第３の支軸２２回りに回転モーメントが発生するけれども、これは姿勢維持手段の固定プーリー軸３４にて受けることができる。しかしながら、この回転モーメントを相殺する回転トルクをブラケット１４に付与するためのトルク付与手段を例えば左右の本体内プレート２０ＩＬ，２０ＩＲの間に組み込むことも可能である。

本実施形態における多関節アーム装置１０は、第１のトルク付与手段と、第２のトルク付与手段とをさらに具えている。第１のトルク付与手段は、中空第１支軸１６回りに生ずる第１アーム１２の回転モーメントを相殺する回転トルクを第１アーム１２に付与する。また、第２のトルク付与手段は、第２の支軸２１回りに生ずる第２アーム１３の回転モーメントを相殺する回転トルクを第２アーム１３に付与する。これによって、第１および第２アーム１２，１３は、間接活線工具Ｄが装着された状態であっても任意の回動位置にてその姿勢を維持することができるようになっている。

中空第１支軸１６回りに生ずる第１アーム１２の回転モーメントは、第１アーム１２およびこの第１アーム１２に支持されるすべての部材の自重によって生ずる。本実施形態において、第１アーム１２に支持される主要な部材として、トルク伝達用第１歯付きベルト５０，姿勢維持用第１歯付きベルト５２，アイドルプーリー５３，一対の張力調整用第１歯付きプーリー５４，第２の支軸２１，トルク伝達用第２歯付きプーリー４７，第２中央歯付きプーリー４８ａ，連結用第２歯付きプーリー４８ｂ，第２アーム１３，姿勢維持用第２歯付きベルト５７，張力調整用第２歯付きプーリー５８，第３の支軸２２，第３歯付きプーリー５６，ブラケット１４，工具ホルダー６５，間接活線工具Ｄなどを含む。また、第２の支軸２１回りに生ずる第２アーム１３の回転モーメントは、第２アーム１３と、この第２アーム１３に支持されるすべての部材の自重によって生ずる。第２アーム１３に支持される主要な部材として、姿勢維持用第２歯付きベルト５７，張力調整用第２歯付きプーリー５８，第３の支軸２２，第３歯付きプーリー５６，ブラケット１４，工具ホルダー６５，間接活線工具Ｄなどを含む。

第１アーム１２が一方の回動端（以下、これを第１の回動端と便宜的に記述する）にある状態での第１のトルク付与手段の構造を図１４に示し、その正面形状を図１５に示す。また、第１アーム１２が他方の回動端（以下、これを第２の回動端と便宜的に記述する）にある状態での第１のトルク付与手段の構造を図１６に示し、そのXVII−XVII矢視に沿った断面構造を図１７に示す。本実施例における第１のトルク付与手段は、右本体外プレート２０ＯＲと右本体内プレート２０ＩＲとの間に収容されている。この第１のトルク付与手段は、本発明における第１のレバーとしての第１アーム用キャンセルレバー３９ｆと、第１のばね６８ｍと、第１のばね力伝達手段と、第１のばね６８ｍの伸縮に拘らず、第１のばね６８ｍのばね力を一定に維持するための手段とを具えている。第１のばね６８ｍは、下端部が右本体内プレート２０ＩＲに取り付けられたばね受け６９に載置され、自重によって中空第１支軸１６回りに生ずる第１アーム１２の回転モーメントを相殺する回転トルクを中空第１支軸１６に付与するためのばね力Ｆ₁を有する。本実施形態における第１のばね６８ｍは、内側ばね６８ａとこの内側ばね６８ａを囲む外側ばね６８ｂとの二重構造を有し、これを２つ具えている。第１のばね力伝達手段は、一端がこの第１のばね６８ｍの他端に連結されると共に他端が第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部に連結され、当該第１のばね６８ｍのばね力Ｆ₁を第１アーム用キャンセルレバー３９ｆに伝達する機能を有する。第１のばね６８ｍの伸縮に拘らず、そのばね力Ｆ₁を一定に維持するための手段は、この第１のばね力伝達手段に組みこまれている。

第１のばね力伝達手段および第１のばね６８ｍのばね力を一定に維持するための手段は、方向転換プーリー７０およびこの方向転換プーリー７０と一体の回転カム７１ｍと、カムワイヤー７２ｍと、プーリーワイヤー７３とを具えている。方向転換プーリー７０および回転カム７１ｍは、中空第１支軸１６と平行に両端がベース１１の右本体内プレート２０ＩＲおよび右本体外プレート２０ＯＲの下端部に固定されたカムプーリー軸７４に回転自在に取り付けられている。方向転換プーリー７０には、右本体内プレート２０ＩＲに植設されたストッパーピン７５に対し、第１アーム１２の第１および第２の回動端にてそれぞれ係止し得る半円弧状のフランジ部７０ａが形成されている。

このカムプーリー軸７４に沿った断面構造を図１８，図１９に示す。回転カム７１ｍは、カムプーリー軸７４の軸線からの距離が第１のばね６８ｍの伸縮に応じて連続的に変化するカム面７１ａを有する。本発明における第１の索条としてのカムワイヤー７２ｍは、その上端が第１のばね６８ｍの上端側に連結されると共に下端側がばね受け６９を貫通して回転カム７１ｍのカム面７１ａに巻き付けられた状態で回転カム７１ｍに固定されている。ばね受け６９と回転カム７１ｍとの間には、一対の第１案内プーリー７６ｍとその下方に位置する第２案内プーリー７７ｍとが配されている。一対の第１案内プーリー７６ｍは、ばね受け６９と一体の端板６９ａに固定された一対の第１プーリー軸７８にそれぞれ回転自在に取り付けられてカムワイヤー７２ｍを挾持する。また、第２案内プーリー７７ｍは、第１プーリー軸７８と平行に端板６９ａに固定された第２プーリー軸７９に回転自在に取り付けられ、カムワイヤー７２ｍを回転カム７１ｍに導いている。本発明における第２の索条としてのプーリーワイヤー７３は、上端が第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部に連結されると共に他端側が方向転換プーリー７０に巻き付けられた状態でこの方向転換プーリー７０に固定されている。

この場合、後述するように、方向転換プーリー７０から引き出されたプーリーワイヤー７３の方向が可能な限り鉛直となるように、第１アーム用キャンセルレバー３９ｆに対する方向転換プーリー７０の位置を設定することが望ましい。このため、構造が複雑になるけれども、第１アーム１２の回動に伴ってカムプーリー軸７４などを水平に平行移動させる機構を組み込むことも有効である。

先のばね受け６９には、第１のばね６８ｍをそれぞれ貫通する一対の案内棒８０が植設され、この一対の案内棒８０が貫通するばね押さえ板６８ｃが第１のばね６８ｍの上端面に押し当てられている。ばね押さえ板６８ｃの中央には、カムワイヤー７２ｍの上端部が貫通状態で固定されるボルト８１がねじ込まれている。

ここで、本発明の原理を模式的に表す図２０に示す。第１アーム１２の長さ、すなわち中空第１支軸１６の中心から第２の支軸２１の中心までの距離をＬ₁，第２アーム１３の長さ、すなわち第２の支軸２１の中心から第３の支軸２２の中心までの距離をＬ₂，第１アーム１２およびこの第１アーム１２に支持される部材の重心点Ｇ₁における総重量をＭ₁，間接活線工具Ｄを除き、第２アーム１３およびこの第２アーム１３に支持される部材の重心点Ｇ₂における総重量をＭ₂，中空第１支軸１６の中心から重心Ｇ₁までの距離をｌ₁，第２の支軸２１の中心から重心Ｇ₂までの距離をｌ_2,間接活線工具Ｄの重量をｍ，中空第１支軸１６の中心と重心Ｇ₁とを通り、第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの長さ、すなわち中空第１支軸１６の中心から第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部のワイヤー取り付け点までの距離をｒ₁，第２アーム用キャンセルレバー３９ｓの長さ、すなわち中空第１支軸１６の中心から第２アーム用キャンセルレバー３９ｓの先端部のワイヤー取り付け点までの距離をｒ₂，中空第１支軸１６の中心を含む水平面Ｈに対して中空第１支軸１６の中心および重心Ｇ₁を通る線分のなす角をθ₁，中空第１支軸１６の中心を含む水平面Ｈに対して第２の支軸２１の中心および第３の支軸２２の中心を通る線分のなす角をθ₂とする。また、中空第１支軸１６の中心から第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部のワイヤー取り付け点までの線分と、中空第１支軸１６の中心から重心Ｇ₁までの線分とは一直線状をなす。また、中空第１支軸１６の中心から第２アーム用キャンセルレバー３９ｓの先端部のワイヤー取り付け点までの線分と、第２の支軸２１の中心から重心Ｇ₂までの線分とは平行である。この場合、自重によって中空第１支軸１６回りに生ずる第１アーム１２の回転モーメントを相殺する回転トルクを中空第１支軸１６に付与するための力をＦ₁，自重によって第２の支軸２１回りに生ずる第２アーム１３の回転モーメントを相殺する回転トルクを第２の支軸２１を介して中空軸３７に付与するための力をＦ₂，重力加速度をｇとすると、
Ｆ₁ｒ₁cosθ₁＝Ｍ₁ｇｌ₁cosθ₁＋(Ｍ₂＋ｍ)ｇＬ₁cosθ₁
Ｆ₂ｒ₂cosθ₂＝ｍｇＬ₂cosθ₂＋Ｍ₂ｇｌ₂cosθ₂
という関係が成り立つので、第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部のワイヤー取り付け点に作用する鉛直下向きの力Ｆ₁は、
Ｆ₁＝{Ｍ₁ｇｌ₁＋(Ｍ₂＋ｍ)ｇＬ₁}/ｒ₁
となり、第２アーム用キャンセルレバー３９ｓの先端部のワイヤー取り付け点に作用する鉛直下向きの力Ｆ₂は、
Ｆ₂＝(ｍｇＬ₂＋Ｍ₂ｇｌ₂)/ｒ₂
となる。

従って、第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部のワイヤー取り付け点および第２アーム用キャンセルレバー３９ｓの先端部のワイヤー取り付け点には、Ｆ₁，Ｆ₂に対応したばね力をそれぞれ与えればよいことがわかる。本実施形態の場合、第１アーム用キャンセルレバー３９ｆと方向転換プーリー７０との間に配されるプーリーワイヤー７３が可能な限り鉛直方向に沿うように、多関節アーム装置１０をバケットＢに固定することが望まれる。これによって、間接活線工具Ｄの自重を全く意識せずに、間接活線工具Ｄを作業者が操作可能である。しかしながら、プーリーワイヤー７３が鉛直方向から多少ずれていても、間接活線工具Ｄの自重をそれほど意識せずに、間接活線工具Ｄを操作できることも理解されたい。

本実施形態においては、第１のばね６８ｍの伸縮に伴ってばね力が変化するため、第１のばね６８ｍの伸縮に拘らず、これを常に一定にする必要がある。本実施形態では、カムプーリー軸７４の中心から方向転換プーリー７０に巻き掛けられるプーリーワイヤー７３までの距離に対し、カムプーリー軸７４の中心から第２案内プーリー７７ｍから引き出されたカムワイヤー７２ｍが接するカム面７１ａまでの距離が第１のばね６８ｍの圧縮に応じて連続的に小さくなるように、カム面７１ａを適切に形成している。これにより、第１のばね６８ｍの伸縮に拘らず、常に一定のばね力Ｆ₁，Ｆ₂を第１アーム用キャンセルレバー３９ｆの先端部のワイヤー取り付け点および第２アーム用キャンセルレバー３９ｓ先端部のワイヤー取り付け点に与えることかできる。

このような構成にすることにより、図１５に示す第１アーム１２の第１の旋回端から第１アーム１２を図１６に示す第２の旋回端へと回動させると、プーリーワイヤー７３が上方に引っ張られると同時にカムワイヤー７２ｍが下方に引っ張られる。これにより、第１のばね６８ｍが圧縮されて行くが、この時、カムプーリー軸７４の軸線からカムワイヤー７２ｍが接するカム面７１ａまでの距離が漸次小さくなり、プーリーワイヤー７３に作用する張力、すなわちＦ₁が増大することなく、一定に保たれる。

なお、第１および第２アーム用キャンセルレバー３９ｆ，３９ｓの重心点が中空第１支軸１６の中心から大きく外れている場合には、これを考慮して上述したばね力Ｆ₁，Ｆ₂を補正する必要がある。しかしながら、中空第１支軸１６の中心から第１および第２アーム用キャンセルレバー３９ｆ，３９ｓの先端部のワイヤー取り付け点までの距離が短い場合、上述した式で算出されるばね力Ｆ₁，Ｆ₂をそのまま用いることが可能である。

また、本実施形態のように、ばね力Ｆ₁，Ｆ₂を鉛直下向きではなく、中空第１支軸１６および中空軸３７に対する第１および第２アーム用キャンセルレバー３９ｆ，３９ｓの回転位相を変えることによって、任意の方向に変更することが可能である。例えば、第１および第２アーム用キャンセルレバー３９ｆ，３９ｓの位相を図２０に示す状態から中空第１支軸１６回りにそれぞれ９０度右回転させて中空第１支軸１６および中空軸３７に固定した場合、カムワイヤー７２ｍを水平方向に引っ張ってばね力Ｆ₁，Ｆ₂を加えることができる。

さらに、方向転換プーリー７０および回転カム７１ｍに対し、第１の索条、すなわちカムワイヤー７２ｍと、第２の索条、すなわちプーリーワイヤー７３とを上述した実施形態と逆に組み付けることも可能である。すなわち、一端側が回転カム７１ｍに固定されるカムワイヤー７２ｍの他端を第１アーム用キャンセルレバー３９ｆに連結すると共に一端側が方向転換プーリー７０に固定されるプーリーワイヤー７３の他端を第１のばね６８ｍの他端に連結するようにしてもよい。この場合、第１のばね６８ｍの伸縮に拘らず、そのばね力が一定に維持されるように、方向転換プーリー７０や回転カム７１ｍのカム面７１ａなどの寸法形状を適切に設定する必要があることは言うまでもない。

本実施形態では、重さが大きく異なる（例えば約２キログラムと約１０キログラムの）二種類の間接活線工具Ｄに対応することができるように、トルク付与手段によって与えられる力Ｆ₁，Ｆ₂を簡単に切り換えることができるようになっている。

より具体的には、第１のトルク付与手段は、補助ばね６８ｓと、補助回転カム７１ｓと、補助カムワイヤー７２ｓと、第１のクラッチ機構とをさらに具えている。

補助ばね６８ｓは、第１のばね６８ｍと平行にその下端がばね受け６９に載置されている。そして、自重によって中空第１支軸１６回りに生ずる第１アーム１２の回転モーメントを相殺する回転トルクを第１のばね６８ｍと共に中空第１支軸１６に付与するためのばね力Ｆ₁を有する。より具体的には、二種類の間接活線工具Ｄの重量差に対応したばね力を補助ばね６８ｓが有している。補助回転カム７１ｓは、方向転換プーリー７０と同軸状をなし、かつ方向転換プーリー７０の回転軸線からの距離が補助ばね６８ｓの伸縮に応じて連続的に変化するカム面７１ｂを有する。本発明における第１の補助索条としての補助カムワイヤー７２ｓは、上端が補助ばね６８ｓの上端に載置されるばね押さえ８２にねじ込まれたボルト８３に連結されている。ばね押さえ８２は、筒状をなし、その内部を補助カムワイヤー７２ｓが貫通している。補助ばね６８ｓの座屈を防止するため、複数本（図示例では４本）のばね保持ピン８４が補助ばね６８ｓを取り囲むように相互に平行にばね受け６９に植設されている。この補助カムワイヤー７２ｓの下端側は、ばね受け６９を貫通して補助回転カム７１ｓのカム面７１ｂに巻き付けられた状態で補助回転カム７１ｓに固定されている。先の一対の第１プーリー軸７８には、補助カムワイヤー７２ｓを挾持する一対の第１補助案内プーリー７６ｓが回転自在に取り付けられている。同様に、第２プーリー軸７９には、補助カムワイヤー７２ｓを補助回転カム７１ｓへと導く第２補助案内プーリー７７ｓが回転自在に取り付けられている。第１のクラッチ機構は、回転カム７１ｍと補助回転カム７１ｓとの間に組み込まれ、間接活線工具Ｄの重量に応じて補助回転カム７１ｓを方向転換プーリー７０と一体の回転カム７１ｍと同位相にて接続または切り離す機能を有する。

本実施形態における第１のクラッチ機構は、方向転換プーリー７０の端面に形成された嵌合孔７０ｂに挿入可能なピン８５ａが突設されたクラッチ板８５を方向転換プーリー７０と補助回転カム７１ｓとの間に有する。このクラッチ板８５は、補助回転カム７１ｓと一体的に連結されている。作業者によって操作される切り替えつまみ８６ａが固定された切り替え板８６は、右本体外プレート２０ＯＲの外側に配されている。この切り替え板８６は、接続位置と切り離し位置との間をカムプーリー軸７４に対して同心状に旋回可能となっており、右本体外プレート２０ＯＲ側に突出する突起部８６ｂを有する。切り替え板８６と対向する右本体外プレート２０ＯＲの表面には、切り替え板８６の接続位置においてのみ、その突起部８６ｂを収容可能な凹部２０ａが形成されている。この切り替え板８６を取り囲む保持リング８７は、この切り替え板８６を回転自在に支持する。カムプーリー軸７４と平行に右本体外プレート２０ＯＲをそれぞれ摺動自在に貫通する複数本の連結棒８８は、これらの一端が保持リング８７に連結されている。連結棒８８の他端は、右本体外プレート２０ＯＲを挟んで保持リング８７と対向するように補助回転カム７１ｓに結合された伝達板８９に連結されている。伝達板８９を補助回転カム７１ｓおよびクラッチ板８５と共に方向転換プーリー７０側に付勢する圧縮ばね９０が伝達板８９と右本体外プレート２０ＯＲとの間に配されている。

第１アーム１２が第１の旋回端にある場合、クラッチ板８５のピン８５ａが方向転換プーリー７０の嵌合孔７０ｂと正対する位置となるように、関連する部材の位置関係が設定されている。従って、クラッチ板８５のピン８５ａを方向転換プーリー７０の嵌合孔７０ｂに嵌合させる場合、第１アーム１２を第１の旋回端に回動させておく必要がある。この状態において、切り替えつまみ８６ａをひねり、切り替え板８６の突起部８６ｂを右本体外プレート２０ＯＲに形成された凹部２０ａに導く。しかる後、切り替えつまみ８６ａから手を離すと、圧縮ばね９０のばね力によってクラッチ板８５が補助回転カム７１ｓおよび伝達板８９や切り替え板８６と共にカムプーリー軸７４に沿って方向転換プーリー７０側に摺動する。そして、図１９に示すようにクラッチ板８５のピン８５ａが方向転換プーリー７０の嵌合孔７０ｂに入り込み、方向転換プーリー７０と補助回転カム７１ｓとが一体化される。これにより、第１のばね６８ｍと補助ばね６８ｓとを組み合わせたばね力が第１アーム用キャンセルレバー３９ｆに伝達される。

第２のトルク付与手段も上述した第１のトルク付与手段とほぼ同じ構成を有するだけであり、第１のトルク付与手段に対応した部材に対して同様な符号を図中に記すに留め、重複する説明を省略する。本実施形態における第２のトルク付与手段は、左本体外プレート２０ＯＬと左本体内プレート２０ＩＬとの間に収容され、中空軸３７と一体の第２アーム用キャンセルレバー３９ｓに方法転換プーリーから引き出されたプーリーワイヤーが連結されている。この第２のトルク付与手段においては、第２の支軸２１回りの第２アーム１３の回転トルクに影響を与えない部材の重量を考慮する必要がなく、第１のばねのばね力を第１のトルク付与手段の第１のばね６８ｍのばね力よりも弱いものにすることができる。第２の支軸２１回りの第２アーム１３の回転トルクに影響を与えない部材としては、第１アーム１２およびこれに取り付けられたトルク伝達用第１歯付きベルト５０，姿勢維持用第１歯付きベルト５２，アイドルプーリー５３，一対の張力調整用第１歯付きプーリー５４，第２の支軸２１，トルク伝達用第２歯付きプーリー４７，第２中央歯付きプーリー４８ａ，連結用第２歯付きプーリー４８ｂなどを挙げることができる。

本実施形態では、第２の支軸２１を第１アーム１２の先端部に固定すると共に第２アーム１３に対して回転自在とし、第２アーム１３およびこれよりも先端側に配された各種構成部品の自重によって生ずる回転モーメントを中空軸３７で受けるようにしている。このため、第２のトルク付与手段を第１アーム１２ではなく、左本体外プレート２０ＯＬと左本体内プレート２０ＩＬとの間に組みこむことができる。結果として、第１アーム１２の重量増大を抑制して中空第１支軸１６回りに発生する回転モーメントを小さくすることができ、第１のトルク付与手段にて用いられる第１のばね６８ｍのばね力をより小さなものにすることが可能である。

このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

Ｂバケット
Ｃ高圧電線
Ｄ間接活線工具
１０多関節アーム装置
１１ベース
１２第１アーム
１３第２アーム
１４ブラケット
１５固定部
１６中空第１支軸
１７旋回筒
１８旋回部
２０本体部
２１第２の支軸
２２第３の支軸
２３トグルクランプ装置
２４クランプパッド
２５受けパッド
３４固定プーリー軸
３５ベース歯付きプーリー
３７中空軸
３９ｆ第１アーム用キャンセルレバー
３９ｓ第２アーム用キャンセルレバー
４０トルク伝達用第１歯付きプーリー
４２ａ第１中央歯付きプーリー
４２ｂ連結用第１歯付きプーリー
４３ベース歯付きベルト
４７トルク伝達用第２歯付きプーリー
４８ａ第２中央歯付きプーリー
４８ｂ連結用第２歯付きプーリー
５０トルク伝達用第１歯付きベルト
５２姿勢維持用第１歯付きベルト
５６第３歯付きプーリー
５７姿勢維持用第２歯付きベルト
５９ｆ第１アーム固定用ディスク
５９ｓ第２アーム固定用ディスク
５９ａ凹凸部
６０ｆ第１アーム用可動ディスク
６０ｓ第２アーム用可動ディスク
６０ａ凹凸部
６１ｆ第１アーム固定用レバー
６１ｓ第２アーム固定用レバー
６２ｆレバー軸
６２ｓレバー軸
６３案内ロッド
６４ｆ，６４ｓ圧縮ばね
６５工具ホルダー
６８ｍ第１のばね
６８ｓ補助ばね
７０方向転換プーリー
７１ｍ回転カム
７１ａカム面
７１ｓ補助回転カム
７１ｂカム面
７２ｍカムワイヤー
７２ｓ補助カムワイヤー
７３プーリーワイヤー
７４カムプーリー軸
８５クラッチ板
８５ａピン
８６切り替え板
８６ａ切り替えつまみ
８６ｂ突起部
８７保持リング
８８連結棒
８９伝達板
９０圧縮ばね

Claims

ベースと、
このベースに第１の支軸を介して基端部が回動可能に連結された第１のアームと、
前記第１の支軸と平行な第２の支軸を介して前記第１のアームの先端部に回動可能に連結された第２のアームと、
前記第１の支軸と平行な第３の支軸を介して前記第２のアームの先端部に回動可能に連結され、かつ操作器具が取り付けられるブラケットと、
このブラケットを前記第２のアームに対して前記第３の支軸の軸線回りに回動させない限り、前記第１の支軸を中心とする前記第１のアームの回動および前記第２の支軸を中心とする前記第２のアームの回動の如何に拘らず、前記ベースに対して前記ブラケットの姿勢を維持する姿勢維持手段と
を具え、前記第１の支軸が前記ベースに回転自在に支持されると共にこの第１の支軸に前記第１のアームの基端部が一体的に結合された多関節アーム装置であって、
前記第１のアームおよび前記第２の支軸および前記第２のアームおよび前記第３の支軸および前記ブラケットおよびこのブラケットに取り付けられる操作器具の自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１のアームに付与する第１のトルク付与手段と、
前記第２のアームおよび前記第３の支軸および前記ブラケットおよびこのブラケットに取り付けられる操作器具の自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第２のアームに付与する第２のトルク付与手段と
をさらに具えたことを特徴とする多関節アーム装置。
前記第１のトルク付与手段は、
基端部が前記第１の支軸に固定された第１のレバーと、
一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１の支軸に付与するためのばね力を有する第１のばねと、
一端がこの第１のばねの他端に連結されると共に他端が前記第１のレバーの先端部に連結され、当該第１のばねのばね力を前記第１のレバーに伝達する第１のばね力伝達手段と、
この第１のばね力伝達手段に組みこまれ、前記第１のばねの伸縮に拘らず、そのばね力を一定に維持するための手段と
を具えていることを特徴とする請求項１に記載の多関節アーム装置。
前記第１のばね力伝達手段および前記第１のばねのばね力を一定に維持するための手段は、
前記ベースに回転自在に取り付けられたプーリーと、
このプーリーと同軸一体であって、当該プーリーの回転軸線からの距離が前記第１のばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する回転カムと、
一端側が前記回転カムのカム面に巻き付けられて前記回転カムに固定されると共に他端が前記第１のばねの他端に連結される第１の索条と、
一端側が前記プーリーに巻き付けられて前記プーリーに固定されると共に他端が前記第１のレバーの先端部に連結される第２の索条と
を具えていることを特徴とする請求項２に記載の多関節アーム装置。
前記第１のトルク付与手段は、
一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第１の支軸回りに生ずる前記第１のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第１のばねと共に前記第１の支軸に付与するためのばね力を有する第１の補助ばねと、
前記プーリーの回転軸線と同軸状をなし、かつ前記プーリーの回転軸線からの距離が前記補助ばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する第１の補助回転カムと、
一端側が前記第１の補助回転カムのカム面に巻き付けられて前記第１の補助回転カムに固定されると共に他端が前記第１の補助ばねの他端に連結される第１の補助索条と、
前記回転カムと前記第１の補助回転カムとの間に組み込まれ、操作機器の重量に応じて前記第１の補助回転カムを前記回転カムと同位相にて接続または切り離す第１のクラッチ機構と
をさらに具えていることを特徴とする請求項３に記載の多関節アーム装置。
前記第２の支軸が前記第１のアームの先端部に一体的に結合され、前記第２のトルク付与手段は、
前記第１の支軸と同軸に前記ベースおよび前記第１のアームの基端部に対して回転自在に設けられた中空軸と、
前記第２の支軸回りの前記第２のアームの回動動作に対して前記中空軸を同期回転させる第１の連動手段と、
基端部が前記中空軸に固定された第２のレバーと、
一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記中空軸に付与するためのばね力を有する第２のばねと、
一端がこの第２のばねの他端に連結されると共に他端が前記第２のレバーの先端部に連結され、当該第２のばねのばね力を前記第２のレバーに伝達する第２のばね力伝達手段と、
この第２のばね力伝達手段に組みこまれ、前記第２のばねの伸縮に拘らず、そのばね力を一定に維持するための手段と
を具えていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の多関節アーム装置。
前記第２のばね力伝達手段および前記第２のばねのばね力を一定に維持するための手段は、
前記ベースに回転自在に取り付けられたプーリーと、
このプーリーと同軸一体であって、当該プーリーの回転軸線からの距離が前記第２のばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する回転カムと、
一端側が前記回転カムのカム面に巻き付けられて前記回転カムに固定されると共に他端が前記第２のばねの他端に連結される第１の索条と、
一端側が前記プーリーに巻き付けられて前記プーリーに固定されると共に他端が前記第２のレバーの先端部に連結される第２の索条と
を具えていることを特徴とする請求項５に記載の多関節アーム装置。
前記第２のトルク付与手段は、
一端部が前記ベースに取り付けられ、前記自重によって前記第２の支軸回りに生ずる前記第２のアームの回転モーメントを相殺する回転トルクを前記第２のばねと共に前記中空軸に付与するためのばね力を有する第２の補助ばねと、
前記プーリーの回転軸線と同軸状をなし、かつ前記プーリーの回転軸線からの距離が前記第２の補助ばねの伸縮に応じて連続的に変化するカム面を有する第２の補助回転カムと、
一端が前記第２の補助ばねの他端に連結されると共に他端側が前記第２の補助回転カムのカム面に巻き付けられて前記第２の補助回転カムに固定される第２の補助索条と、
前記回転カムと前記第２の補助回転カムとの間に組み込まれ、操作機器の重量に応じて前記第２の補助回転カムを前記回転カムと同位相にて接続または切り離す第２のクラッチ機構と
をさらに具えていることを特徴とする請求項６に記載の多関節アーム装置。
前記ベースに対して前記第１の支軸の相対回転を阻止することにより、前記ベースに対する前記第１のアームの旋回姿勢を固定する第１のロック機構と、
前記ベースに対して前記中空軸の相対回転を阻止することにより、前記第１のアームに対する前記第２のアームの旋回姿勢を固定する第２のロック機構と
をさらに具えていることを特徴とする請求項５から請求項７までの何れか一項に記載の多関節アーム装置。
前記第３の支軸が前記第２のアームの先端部に回転自在に支持されると共に前記ブラケットが前記第３の支軸に一体的に結合され、前記姿勢維持手段は、
前記第１の支軸と平行に前記ベースに固定された固定軸と、
前記中空軸にこれと同軸に回転自在に取り付けられた第１回転体と、
前記第２の支軸にこれと同軸に回転自在に取り付けられた第２回転体と、
前記固定軸に対する前記第３の支軸の回転位相が常に一定となるように、前記固定軸に対して前記第１回転体および前記第２回転体および前記第３の支軸を同期回転させる第２の連動手段と
を有することを特徴とする請求項５から請求項８までの何れか一項に記載の多関節アーム装置。
前記ベースは、固定対象物に取り外し可能に固定される固定部と、前記第１の支軸と直交する旋回軸を介して前記固定部に旋回可能に支持される旋回部とを有し、前記第１のアームの第１の支軸がこの旋回部に回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の多関節アーム装置。
前記ベースの固定部は、これを固定対象物に対して取り外し可能に固定するための固定手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の多関節アーム装置。