JP2022156222A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのリンクを相対的に回動させるための人工筋肉やロボット装置の大型化を抑制しつつ、当該２つのリンクの一方に対する他方の可動範囲を十分に確保すると共に、２つのリンクを安定かつスムースに相対的に回動させる。【解決手段】本開示のロボット装置は、第１リンクと、第１連結軸を介して第１リンクに回動自在に連結される第２リンクと、第１リンクにより支持されると共に流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉とを含むロボット装置であって、第１連結軸とは異なる第２連結軸を介して第１リンクに回動自在に連結される共に人工筋肉により第１リンクに対して回動させられる第３リンクと、第３連結軸を介して第３リンクに回動自在に連結されると共に第１連結軸とは異なる第４連結軸を介して第２リンクに回動自在に連結される第４リンクとを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉を含むロボット装置に関する。

従来、基台の上部に位置した肩部から延びる上腕部材と、当該上腕部材の先端に肘関節部を介して取り付けられた前腕部材と、前腕部材の先端に取り付けられて対象物を把持・解放可能な自在な把持部と、内部に供給される空気圧の上昇に応じて径方向に膨張すると共に軸方向に収縮するゴム製のチューブを有する複数の空圧アクチュエータ（人工筋肉）とを含むマニピュレータアームが知られている（例えば、特許文献１参照）。このマニピュレータアームでは、基台の側方に一対（２つ）の空圧アクチュエータが配置され、当該一対の空圧アクチュエータの端部同士がワイヤロープを介して連結される。更に、ワイヤロープは、肩部における起伏軸上に取り付けられたプーリに掛け回される。これにより、上腕部材は、一対の空圧アクチュエータの一方を収縮させると共に他方を伸長させることで、ワイヤロープにより回転駆動されるプーリと共に起伏作動を行う。また、前腕部材は、上腕部材の上方または下方に配置された一対（２つ）の空圧アクチュエータの一方を収縮させると共に他方を伸長させることで、肘関節部を中心として上腕部材に対して屈伸作動を行う。更に、把持部は、前腕部材の上方に配置された一対（２つ）の空圧アクチュエータの一方を収縮させると共に他方を伸長させることで把持・解放作動を行う。

実開平０５－２２８１１号公報

しかしながら、上記従来のマニピュレータ（ロボット装置）において、関節に要求される可動範囲や人工筋肉が発生する収縮力に対する耐久性を確保しようとすると、プーリのサイズやワイヤの長さおよび外径等が非常に大きくなってしまい、装置全体をコンパクト化することが困難となる。また、２つのリンクに人工筋肉を直接連結した場合、当該２つのリンクの一方に対する他方の可動範囲が不足してしまうことがある。更に、チューブを含む人工筋肉の収縮力は収縮率が高くなるにつれて小さくなるのに対し、２つのリンクを相対的に回動させるのに必要なトルクは当該２つのリンク（関節）の姿勢やロボット装置における位置に応じて変化することから、２つのリンクを安定かつスムースに回動させるために、要求される最大の収縮力を発生可能な大型の人工筋肉を採用せざるを得なくなることがある。

そこで、本開示は、２つのリンクを相対的に回動させるための人工筋肉やロボット装置の大型化を抑制しつつ、当該２つのリンクの一方に対する他方の可動範囲を十分に確保すると共に、２つのリンクを安定かつスムースに相対的に回動させることを主目的とする。

本開示のロボット装置は、第１リンクと、第１連結軸を介して前記第１リンクに回動自在に連結される第２リンクと、前記第１リンクにより支持されると共に流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉とを含むロボット装置であって、前記第１連結軸とは異なる第２連結軸を介して前記第１リンクに回動自在に連結される共に前記人工筋肉により前記第１リンクに対して回動させられる第３リンクと、第３連結軸を介して前記第３リンクに回動自在に連結されると共に前記第１連結軸とは異なる第４連結軸を介して前記第２リンクに回動自在に連結される第４リンクとを含むものである。

本開示のロボット装置では、第１リンクと第２リンクとが、第１連結軸を介して互いに回動自在に連結され、第３リンクが第１連結軸とは異なる第２連結軸を介して第１リンクに回動自在に連結される。更に、第４リンクが第３連結軸を介して第３リンクに回動自在に連結されると共に第１連結軸とは異なる第４連結軸を介して第２リンクに回動自在に連結される。そして、第１リンクにより支持された人工筋肉により第３リンクを第１リンクに対して回動させると、第１および第２リンクを相対的に回動させるトルクが第３リンクから第４リンクを介して当該第２リンクに伝達される。すなわち、第１、第２、第３および第４リンクは、第１または第２リンクを固定節とする４節リンク機構（４節回転連鎖機構）を構成する。従って、第１連結軸と第２連結軸との軸間距離と、第２連結軸と第３連結軸との軸間距離と、第３連結軸と第４連結軸との軸間距離と、第１連結軸と第４連結軸との軸間距離との比を調整することで、第１リンクに対する第２リンクの可動範囲を第１リンクに対する第３リンクの可動範囲よりも大きくすることができる。これにより、ロボット装置の大型化を抑制しつつ、第１リンクに対する第２リンクの可動範囲を十分に確保することが可能となる。また、４節リンク機構における軸間距離の調整や固定節の選び方により、第１リンクと第２リンクとのなす角度と、人工筋肉による第３リンクを回動させるトルクに対する第１および第２リンクを相対的に回動させるトルクの比（トルク比）との相関を変化させることができる。これにより、第１および第２リンクの姿勢やロボット装置における位置に応じて、４節リンク機構により、収縮率が高くなるにつれて収縮力が小さくなる人工筋肉の特性を補完することが可能となり、人工筋肉に要求される最大収縮力が高くなるのを抑制しつつ、第１および第２リンクを相対的に回動させるのに必要なトルクを良好に確保することができる。この結果、第１および第２リンクを相対的に回動させるための人工筋肉やロボット装置の大型化を抑制しつつ、第１リンクに対する第２リンクの可動範囲を十分に確保すると共に、第１および第２リンクを安定かつスムースに回動させることが可能となる。

本開示のロボット装置を示す概略構成図である。 本開示のロボット装置に含まれる人工筋肉を示す部分断面図である。 本開示のロボット装置の要部を示す拡大図である。 本開示のロボット装置の要部を示す拡大図である。 本開示のロボット装置の流体供給装置を示す系統図である。 本開示のロボット装置における人工筋肉および４節リンク機構の特性を示す図表である。 本開示のロボット装置の２つのリンクを相対的に回動させるトルクの出力特性を示す図表である。 本開示のロボット装置における人工筋肉および４節リンク機構の特性を示す図表である。 本開示のロボット装置の２つのリンクを相対的に回動させるトルクの出力特性を示す図表である。 本開示のロボット装置における４節リンク機構を示す模式図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示のロボット装置１を示す概略構成図である。同図に示すロボット装置１は、ロボットアーム２と、流体供給装置（液体供給装置）１０とを含む。本実施形態において、ロボット装置１は、指定された目的位置まで自走可能な、いわゆる無人搬送車（ＡＧＶ）である搬送台車２０に搭載される。ただし、ロボット装置１は、搬送台車２０に搭載されるものに限られず、予め定められた設置箇所に定置されてもよい。

ロボットアーム２は、把持部（手先）としてのハンド部（ロボットハンド）４と、複数（本実施形態では、３つ）のアーム（リンク）５ａ，５ｂ，５ｃと、複数（本実施形態では、３つ）の関節（ピン結合部）Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃと、関節Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃごとに例えば偶数個（本実施形態では、２つ）ずつ設けられる人工筋肉としての複数の流体アクチュエータ（液圧アクチュエータ）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６とを含む多関節アームである。ロボットアーム２のハンド部４は、最も手先側のアーム５ｃに取り付けられており、対象となる物体（以下、「把持対象」という。）を把持するようにロボット装置１の制御装置１００（図５参照）により制御される。また、流体供給装置１０は、例えば上端および下端が閉鎖された筐体であって内部に作動油を貯留可能なタンク１１を含み、各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に流体（作動流体）としての作動油（液体）を給排するように制御装置１００により制御される。これにより、ロボットアーム２を油圧（液圧）により駆動してハンド部４を所望の位置に移動させることができる。

ロボットアーム２の各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６は、図２に示すように、作動油の圧力によって膨張するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含む、いわゆるマッキベン型の人工筋肉である。チューブＴは、高い耐油性をもった例えばゴム材等の弾性材により円筒状に形成されており、当該チューブＴの両端部は、封止部材Ｃにより封止されている。チューブＴの一端側（図２中右端側）の封止部材Ｃには、作動油の出入口ＩＯが形成されている。編組スリーブＳは、所定方向に配向された複数のコードを互いに交差するように編み込むことにより円筒状に形成されており、軸方向および径方向に収縮可能である。編組スリーブＳを形成するコードとしては、繊維コード、高強度繊維、極細のフィラメントによって構成される金属製コード等を採用することができる。このような流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴ内に上記出入口ＩＯから作動油を供給して当該チューブＴ内の作動油の圧力を高めることで、チューブＴは、編組スリーブＳの作用により径方向に膨張すると共に軸方向に収縮し、内部の作動油の圧力に応じた収縮力を発生する。

図１に示すように、ロボットアーム２の複数のアーム５ａ，５ｂ，５ｃのうち、最も基端側（流体供給装置１０側）のアーム５ａ（第１リンク）は、図示しない軸受等と共に関節Ｊａを構成する第１連結軸Ａ_1a（関節軸）を介して流体供給装置１０のタンク１１（第２リンク）の上部により回動自在に支持される。また、中間のアーム５ｂ（第２リンク）は、図示しない軸受等と共に関節Ｊｂを構成する第１連結軸Ａ_1b（関節軸）を介してアーム５ａ（第１リンク）により回動自在に支持される。更に、手先側のアーム５ｃ（第２リンク）は、図示しない軸受等と共に関節Ｊｃを構成する第１連結軸Ａ_1c（関節軸）を介してアーム５ｂ（第１リンク）により回動自在に支持される。

基端側のアーム５ａの関節Ｊｂ側（手先側）の端部には、支持部６ａが当該アーム５ａの長手方向と直交する方向に延在するように固定または一体化されている。支持部６ａの一端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ１の関節Ｊｂ側（手先側）の封止部材Ｃを回動自在に支持し、支持部６ａの他端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ２の関節Ｊｂ側の封止部材Ｃを回動自在に支持する。本実施形態において、アーム５ａの長手方向に延在する中心線から流体アクチュエータＭ１の支持軸までの距離と、当該中心線から流体アクチュエータＭ２の支持軸までの距離とは、同一に定められている。

また、図１および図３に示すように、アーム５ａの関節Ｊａ側（基端側）の端部には、当該関節Ｊａの第１連結軸Ａ_1aとは異なる第２連結軸Ａ_2aを介してレバー部材７ａ（第３リンク）が回動自在に連結されている。レバー部材７ａには、第３連結軸Ａ_3aを介して連接部材８ａ（第４リンク）が回動自在に連結されており、連接部材８ａは、第１連結軸Ａ_1aとは異なる第４連結軸Ａ_4aを介して第２リンクとしてのタンク１１の上部に回動自在に連結される。これにより、基端側のアーム５ａ（第１リンク）と、タンク１１（第２リンク）と、レバー部材７ａ（第３リンク）と、連接部材８ａ（第４リンク）とは、タンク１１を固定節とする４節リンク機構ＦＬａ（両てこ機構）を構成する。本実施形態では、第１連結軸Ａ_1aと第２連結軸Ａ_2aとの軸間距離を“Ｌ_12a”とし、第２連結軸Ａ_2aと第３連結軸Ａ_3aとの軸間距離を“Ｌ_23a”とし、第３連結軸Ａ_3aと第４連結軸Ａ_4aとの軸間距離を“Ｌ_34a”とし、第１連結軸Ａ_1aと第４連結軸Ａ_4aとの軸間距離を“Ｌ_14a”としたときに、Ｌ_12a＋Ｌ_14a＜Ｌ_23a＋Ｌ_34aを満たすようにアーム５ａ、レバー部材７ａ、連接部材８ａおよびタンク１１の諸元が定められている。

更に、レバー部材７ａには、流体アクチュエータＭ１，Ｍ２の関節Ｊａ側（基端側）の封止部材Ｃが回動自在に連結される。流体アクチュエータＭ１の関節Ｊａ側の封止部材Ｃは、第２および第３連結軸Ａ_2a，Ａ_3aとは異なる第５連結軸Ａ_5aを介してレバー部材７ａに回動自在に連結される。これに対して、流体アクチュエータＭ２の関節Ｊａ側の封止部材Ｃは、第２連結軸Ａ_2aに関して第５連結軸Ａ_5aとは反対側に配置される第６連結軸Ａ_6aを介してレバー部材７ａに回動自在に連結される。

これにより、関節Ｊａの第１連結軸Ａ_1aから関節Ｊｂ側（手先側）に延びるアーム５ａの両側には、流体アクチュエータＭ１，Ｍ２が当該アーム５ａと略平行に配列される。アーム５ａの一側（図１における上側）に配置される流体アクチュエータＭ１は、関節Ｊａに対応した第１の人工筋肉（一方の拮抗筋）を構成し、アーム５ａの他側（図１における下側）に配置される流体アクチュエータＭ２は、当該第１の人工筋肉と対をなす関節Ｊａに対応した第２の人工筋肉を構成する。また、本実施形態において、レバー部材７ａおよび連接部材８ａの第３連結軸Ａ_3aは、第２連結軸Ａ_2aに関して第５連結軸Ａ_5aとは反対側（第２連結軸Ａ_2aと第６連結軸Ａ_6aとの間）に配置され、第３連結軸Ａ_3aと第５連結軸Ａ_5aとの軸間距離は、第２連結軸Ａ_2aと第５連結軸Ａ_5aとの軸間距離よりも長く定められている。

更に、基端側のアーム５ａには、図１に示すように、第２の支持部６ｂが上記支持部６ａとレバー部材７ａの間でアーム５ａの長手方向と直交する方向に延在するように固定または一体化されている。支持部６ｂの一端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ３の関節Ｊａ側（基端側）の封止部材Ｃを回動自在に支持し、支持部６ｂの他端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ４の関節Ｊａ側の封止部材Ｃを回動自在に支持する。本実施形態において、アーム５ａの長手方向に延在する中心線から流体アクチュエータＭ３の支持軸までの距離と、当該中心線から流体アクチュエータＭ４の支持軸までの距離とは、同一に定められている。

また、図１および図４に示すように、アーム５ａの関節Ｊｂ側（手先側）の端部には、支持部６ａよりも関節Ｊｂ側で当該関節Ｊｂの第１連結軸Ａ_1bとは異なる第２連結軸Ａ_2bを介してレバー部材７ｂ（第３リンク）が回動自在に連結されている。レバー部材７ｂには、第３連結軸Ａ_3bを介して連接部材８ｂ（第４リンク）が回動自在に連結されており、連接部材８ｂは、第１連結軸Ａ_1bとは異なる第４連結軸Ａ_4bを介して第２リンクとしての中間のアーム５ｂの関節Ｊｂ側の端部に回動自在に連結される。これにより、基端側のアーム５ａ（第１リンク）と、中間のアーム５ｂ（第２リンク）と、レバー部材７ｂ（第３リンク）と、連接部材８ｂ（第４リンク）とは、アーム５ａを固定節とする４節リンク機構ＦＬｂ（両てこ機構）を構成する。本実施形態では、第１連結軸Ａ_1bと第２連結軸Ａ_2bとの軸間距離を“Ｌ_12b”とし、第２連結軸Ａ_2bと第３連結軸Ａ_3bとの軸間距離を“Ｌ_23b”とし、第３連結軸Ａ_3bと第４連結軸Ａ_4bとの軸間距離を“Ｌ_34b”とし、第１連結軸Ａ_1bと第４連結軸Ａ_4bとの軸間距離を“Ｌ_14b”としたときに、Ｌ_12b＋Ｌ_14b＜Ｌ_23b＋Ｌ_34bを満たすようにアーム５ａ，５ｂ、レバー部材７ｂおよび連接部材８ｂの諸元が定められている。

更に、レバー部材７ｂには、流体アクチュエータＭ３，Ｍ４の関節Ｊｂ側（手先側）の封止部材Ｃが回動自在に連結される。流体アクチュエータＭ３の関節Ｊｂ側の封止部材Ｃは、第２および第３連結軸Ａ_2b，Ａ_3bとは異なる第５連結軸Ａ_5bを介してレバー部材７ｂに回動自在に連結される。これに対して、流体アクチュエータＭ４の関節Ｊｂ側の封止部材Ｃは、第２連結軸Ａ_2bに関して第５連結軸Ａ_5bとは反対側に配置される第６連結軸Ａ_6bを介してレバー部材７ｂに回動自在に連結される。

これにより、関節Ｊａの第１連結軸Ａ_1aから関節Ｊｂ側（手先側）に延びるアーム５ａの両側には、更に流体アクチュエータＭ３，Ｍ４が当該アーム５ａと略平行に配列される。アーム５ａの一側（図１における上側）に配置される流体アクチュエータＭ３は、関節Ｊｂに対応した第１の人工筋肉（一方の拮抗筋）を構成し、アーム５ａの他側（図１における下側）に配置される流体アクチュエータＭ４は、当該第１の人工筋肉と対をなす関節Ｊｂに対応した第２の人工筋肉を構成する。また、本実施形態において、レバー部材７ｂおよび連接部材８ｂの第３連結軸Ａ_3bは、第２連結軸Ａ_2bに関して第６連結軸Ａ_6bとは反対側に配置され、第３連結軸Ａ_3bと第６連結軸Ａ_6bとの軸間距離は、第２連結軸Ａ_2bと第６連結軸Ａ_6bとの軸間距離よりも長く定められている。

更に、中間のアーム５ｂの関節Ｊｂ側の端部には、図１に示すように、支持部６ｃが当該アーム５ｂの長手方向と直交する方向に延在するように固定または一体化されている。支持部６ｃの一端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ５の関節Ｊｂ（基端側）の封止部材Ｃを回動自在に支持し、支持部６ｃの他端は、支持軸を介して流体アクチュエータＭ６の関節Ｊｂ側の封止部材Ｃを回動自在に支持する。本実施形態において、アーム５ｂの長手方向に延在する中心線から流体アクチュエータＭ５の支持軸までの距離と、当該中心線から流体アクチュエータＭ６の支持軸までの距離とは、同一に定められている。

更に、中間のアーム５ｂの関節Ｊｃ側（手先側）の端部には、当該関節Ｊｃの第１連結軸Ａ_1cとは異なる第２連結軸Ａ_2cを介してレバー部材７ｃ（第３リンク）が回動自在に連結されている。レバー部材７ｃには、第３連結軸Ａ_3cを介して連接部材８ｃ（第４リンク）が回動自在に連結されており、連接部材８ｃは、第１連結軸Ａ_1cとは異なる第４連結軸Ａ_4cを介して第２リンクとしての手先側のアーム５ｃに回動自在に連結される。これにより、中間のアーム５ｂ（第１リンク）と、手先側のアーム５ｃ（第２リンク）と、レバー部材７ｃ（第３リンク）と、連接部材８ｃ（第４リンク）とは、中間のアーム５ｂを固定節とする４節リンク機構ＦＬｃ（両てこ機構）を構成する。本実施形態では、第１連結軸Ａ_1cと第２連結軸Ａ_2cとの軸間距離を“Ｌ_12c”とし、第２連結軸Ａ_2cと第３連結軸Ａ_3cとの軸間距離を“Ｌ_23c”とし、第３連結軸Ａ_3cと第４連結軸Ａ_4cとの軸間距離を“Ｌ_34c”とし、第１連結軸Ａ_1cと第４連結軸Ａ_4cとの軸間距離を“Ｌ_14c”としたときに、Ｌ_12c＋Ｌ_14c＜Ｌ_23c＋Ｌ_34cを満たすようにアーム５ｂ，５ｃ、レバー部材７ｃおよび連接部材８ｃの諸元が定められている。

また、レバー部材７ｃには、流体アクチュエータＭ５，Ｍ６の関節Ｊｃ側（手先側）の封止部材Ｃが回動自在に連結される。流体アクチュエータＭ５の関節Ｊｃ側の封止部材Ｃは、第２および第３連結軸Ａ_2c，Ａ_3cとは異なる第５連結軸Ａ_5cを介してレバー部材７ｃに回動自在に連結される。これに対して、流体アクチュエータＭ６の関節Ｊｃ側の封止部材Ｃは、第２連結軸Ａ_2cに関して第５連結軸Ａ_5cとは反対側に配置される第６連結軸Ａ_6cを介してレバー部材７ｃに回動自在に連結される。

これにより、関節Ｊｂの第１連結軸Ａ_1bから関節Ｊｃ側（手先側）に延びるアーム５ｂの両側には、流体アクチュエータＭ５，Ｍ６が当該アーム５ｂと略平行に配列される。そして、アーム５ｂの一側（図１における左側）に配置される流体アクチュエータＭ５は、関節Ｊｃに対応した第１の人工筋肉（一方の拮抗筋）を構成し、アーム５ｂの他側（図１における右側）に配置される流体アクチュエータＭ６は、当該第１の人工筋肉と対をなす関節Ｊｃに対応した第２の人工筋肉を構成する。また、本実施形態において、レバー部材７ｃおよび連接部材８ｃの第３連結軸Ａ_3cは、第２連結軸Ａ_2cに関して第６連結軸Ａ_6cとは反対側に配置され、第３連結軸Ａ_3cと第６連結軸Ａ_6cとの軸間距離は、第２連結軸Ａ_2cと第６連結軸Ａ_6cとの軸間距離よりも長く定められている。

更に、本実施形態において、各アーム５ａ，５ｂ，５ｃは、中空に形成されており、各アーム５ａ，５ｂ，５ｃの内部には、流体供給管としての複数のホースが配置される。各ホースは、対応する流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の一方の封止部材Ｃに形成された出入口ＩＯに接続され、各流体アクチュエータＭ－Ｍ６のチューブＴ内には、当該ホースを介して流体供給装置１０からの作動油（油圧）が供給される。従って、制御装置１００により流体供給装置１０を制御することで、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ１等のチューブＴ内の油圧と、第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ２等のチューブＴ内の油圧とを互いに異ならせることができる。

これにより、互いに拮抗するように配置された２つの流体アクチュエータＭ１，Ｍ２等すなわち対をなす（１組の）第１および第２の人工筋肉によりレバー部材７ａ，７ｂまたは７ｃをアーム５ａまたは５ｂに対して回動させ、レバー部材７ａ，７ｂまたは７ｃから連接部材８ａ，８ｂまたは８ｃを介して第２リンクとしてのタンク１１、アーム５ｂまたは５ｃにトルクを伝達することができる。この結果、アーム５ａ，５ｂまたは５ｃをタンク１１、アーム５ａまたは５ｂに対して回動させ、関節Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃの関節角度θ_1a，θ_1b，θ_1c（図１参照）すなわちアーム５ａ，５ｂまたは５ｃのタンク１１、アーム５ａまたは５ｂに対する回動角度を変化させることが可能となる。本実施形態において、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ１等と、当該第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ２等とは、チューブＴが自然状態から所定量（例えば、自然長の１０％程度）だけ軸方向に収縮した状態を初期状態として流体供給装置１０からの油圧により駆動される。

なお、各関節Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃに対応した第１および第２の人工筋肉は、それぞれ２つ以上（同数）の流体アクチュエータにより構成されてもよく、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数と、第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数とが異なっていてもよい。更に、本実施形態において、１つの関節Ｊａ，ＪｂまたはＪｃに対して設けられる複数（２つ）の流体アクチュエータＭ１，Ｍ２等は、互いに同一の諸元を有するが、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元と、第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元とが異なっていてもよい。

上記流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に作動油を供給するロボット装置１の流体供給装置１０は、図１に示すように、ロボットアーム２（アーム５ａ）を支持すると共に作動油を貯留可能なタンク１１に加えて、当該タンク１１を上下方向に延びる回転軸（図１における一点鎖線参照）の周りに回転自在に支持するベース部１２を含む。ベース部１２は、ロボットアーム２およびタンク１１の下方に位置するように搬送台車２０に搭載（固定）される。また、ベース部１２は、タンク１１を上記回転軸の周りに所定角度（例えば３６０°）だけ回転させる図示しない回転駆動ユニットを支持している。これにより、回転駆動ユニットを作動させることで、ロボットアーム２を当該回転軸の周りにタンク１１と一体に回転させることが可能となる。本実施形態において、回転駆動ユニットは、流体供給装置１０から供給される油圧により駆動される揺動モータである。ただし、当該回転駆動ユニットは、電動モータやギヤ機構等を含むものであってもよい。

更に、流体供給装置１０は、図５に示すように、ポンプ１３（流体供給源）と、タンク１１内に配置される図示しないバルブボディと、リリーフ弁ＲＶ（圧力制御弁）と、逆止弁ＣＶと、アキュムレータ１４（蓄圧器）と、流体調整バルブ（流体調整部）としての複数のリニアソレノイドバルブ１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６およびコントロールバルブ１６（圧力制御弁）とを含む。

ポンプ１３は、制御装置１００により制御される電動ポンプであり、タンク１１内に貯留された作動油を吸入して吐出口から吐出（圧送）する。本実施形態において、ポンプ１３は、タンク１１内に配置されるポンプ部と、電動モータや減速ギヤ機構、制御装置１００により制御されるインバータ等の駆動回路等を有すると共にタンク１１内またはタンク１１外に配置される駆動ユニット（何れも図示省略）とを含む。

リリーフ弁ＲＶは、ポンプ１３により吐出された作動油の圧力を予め定められた一定の上限圧Ｐｌｉｍ（上限値、本実施形態では、例えば６－７ＭＰａ程度）を超えないように制限するものである。逆止弁ＣＶは、ポンプ１３（およびリリーフ弁ＲＶ）側からの作動油を油路ＬＬに流出させると共に、油路ＬＬ側からポンプ１３（およびリリーフ弁ＲＶ）側への作動油の流通を規制する。アキュムレータ１４は、逆止弁ＣＶの下流側で油路ＬＬに接続（直結）された作動油の出入口を有しており、ポンプ１３側からの油圧を蓄える。また、アキュムレータ１４としては、最高作動圧が上記上限圧Ｐｌｉｍ以上であるものが用いられる。更に、油路ＬＬには、逆止弁ＣＶの下流側かつアキュムレータ１４の上流側で当該油路ＬＬにおける作動油の圧力（元圧）を検出する元圧センサＰＳが設置されている。

リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、共通の構成を有しており、それぞれバルブボディ内に配置されると共に制御装置１００により制御される。本実施形態において、リニアソレノイドバルブ１５１は、コントロールバルブ１６への信号圧を調整し、リニアソレノイドバルブ１５２は、流体アクチュエータＭ２への油圧（駆動圧）を調整する。また、リニアソレノイドバルブ１５３は、流体アクチュエータＭ３への油圧（駆動圧）を調整し、リニアソレノイドバルブ１５４は、流体アクチュエータＭ４への油圧（駆動圧）を調整する。更に、リニアソレノイドバルブ１５５は、流体アクチュエータＭ５への油圧（駆動圧）を調整し、リニアソレノイドバルブ１５６は、流体アクチュエータＭ６への油圧（駆動圧）を調整する。

図５に示すように、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、制御装置１００により通電制御される電磁部１５ｅと、バルブボディにより保持されるスリーブ内に軸方向に移動可能に配置されるスプール１５ｓと、スプール１５ｓを電磁部１５ｅ側（出力ポート１５ｏ側から入力ポート１５ｉ側、図５中上側）に付勢するスプリング１５ｓｐとを含む。更に、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、入力ポート１５ｉと、出力ポート１５ｏと、出力ポート１５ｏに連通するフィードバックポート１５ｆと、入力ポート１５ｉおよび出力ポート１５ｏと連通可能なドレンポート１５ｄとを含む。リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の入力ポート１５ｉは、アキュムレータ１４の下流側で油路ＬＬにそれぞれ連通する。また、リニアソレノイドバルブ１５２－１５６の出力ポート１５ｏは、バルブボディに形成された油路やホース等を介して対応する流体アクチュエータＭ２－Ｍ６（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに連通する。更に、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６のドレンポート１５ｄは、それぞれ油路ＬＤを介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

本実施形態において、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、電磁部１５ｅに電流が供給される際に開弁する常閉弁であり、各電磁部１５ｅは、印加される電流に応じて入力ポート１５ｉと出力ポート１５ｏとを連通させるようにスプール１５ｓを軸方向に移動させる。これにより、電磁部１５ｅ（コイル）への給電により発生する推力と、スプリング１５ｓｐの付勢力と、出力ポート１５ｏからフィードバックポート１５ｆに供給された油圧（駆動圧）によりスプール１５ｓに作用する電磁部１５ｅ側への推力とをバランスさせることで、入力ポート１５ｉに供給されたポンプ１３（およびリリーフ弁ＲＶ）側からの作動油を所望の圧力に調整して出力ポート１５ｏから流出させることが可能となる。

また、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６側に供給される油圧（信号圧または駆動圧）をリニアソレノイドバルブ１５１－１５６にフィードバックすることで、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６により駆動されるロボットアーム２に当該流体アクチュエータＭ１－Ｍ６以外からの外力が加えられたときに、当該外力による流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴの体積変化に応じた油圧の変動を吸収することができる。加えて、当該外力が無くなった後には、速やかに要求に応じた油圧（駆動圧）を流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給することが可能となる。

コントロールバルブ１６は、リニアソレノイドバルブ１５１からの信号圧に応じて油路ＬＬからの作動油の圧力を調整し、要求出力（収縮力と収縮速度との積）の最大値がすべての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の中で最大となる流体アクチュエータＭ１のチューブＴに供給するものである。コントロールバルブ１６は、バルブボディ内に配置されるスプール１６ｓおよび当該スプール１６ｓを付勢するスプリング１６ｓｐを含むスプールバルブである。また、コントロールバルブ１６は、図５に示すように、入力ポート１６ｉと、出力ポート１６ｏと、フィードバックポート１６ｆと、信号圧入力ポート１６ｃと、ドレンポート１６ｄとを含む。

入力ポート１６ｉは、アキュムレータ１４の下流側で油路ＬＬに連通する。出力ポート１６ｏは、バルブボディに形成された油路やホース等を介して流体アクチュエータＭ１（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに連通する。フィードバックポート１６ｆは、バルブボディに形成された油路を介して出力ポート１６ｏに連通する。信号圧入力ポート１６ｃは、バルブボディに形成された油路を介してリニアソレノイドバルブ１５１の出力ポート１５ｏに連通する。ドレンポート１６ｄは、バルブボディに形成された油路ＬＤ等を介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

かかるコントロールバルブ１６のスプール１６ｓは、電磁部１５ｅに印加される電流に応じたリニアソレノイドバルブ１５１からの信号圧が作用することで、スプリング１６ｓｐの付勢力に抗して軸方向に移動する。これにより、信号圧の作用によりスプール１６ｓに付与される推力と、スプリング１６ｓｐの付勢力と、出力ポート１６ｏからフィードバックポート１６ｆに供給された油圧（駆動圧）によりスプール１６ｓに作用する推力とをバランスさせることで、入力ポート１６ｉに供給されたポンプ１３（リリーフ弁ＲＶ）側からの作動油の一部を適宜ドレンポート１６ｄを介してドレンして出力ポート１６ｏから流体アクチュエータＭ１のチューブＴへと供給される作動油を所望の圧力に調整することができる。

ロボット装置１の制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや各種ロジックＩＣ等（何れも図示省略）を含む。制御装置１００は、上記元圧センサＰＳや、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６等の電源の電圧を検出する図示しない電圧センサ等の検出値を入力する。また、制御装置１００は、元圧センサＰＳにより検出される油路ＬＬにおける油圧（元圧）が目標値になるように、ポンプ１３を制御する。更に、制御装置１００は、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅに供給される電流を制御する。

続いて、上述のように構成されるロボット装置１の動作について説明する。

図示しない起動スイッチがオフされてロボット装置１の動作が完全に停止している際、ハンド部４は、図示しない支持台あるいはロボット装置１の設置面等に形成された係止部により保持される。これにより、ロボットアーム２の姿勢は、予め定められた待機姿勢に強制的に保持される。また、ロボット装置１の起動スイッチがオンされてシステム起動が完了すると、制御装置１００は、元圧センサＰＳの検出値に基づいて、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６に供給される油路ＬＬにおける油圧（元圧）が予め定められた待機圧Ｐｓｔ（本実施形態では、例えば１０００ｋＰａ程度）になるようにポンプ１３を制御する。本実施形態において、待機圧Ｐｓｔは、複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の各々を自然状態から上記初期状態まで軸方向に収縮させることができる圧力（例えば７００－９００ｋＰａ程度）よりも所定値だけ高い圧力に定められている。

次いで、制御装置１００は、予め定められた順番で流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに作動油を充填して各チューブＴを上記初期状態とするようにリニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅへの電流を制御する。これにより、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴには、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６の対応する何れかから作動油が供給され、各チューブＴは、自然状態から所定量（例えば、自然長の１０％程度）だけ軸方向に収縮する。これ以後、ハンド部４が上記支持台等に載置されてロボット装置１の動作が停止されるまで、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の各電磁部１５ｅには継続して電流が供給され、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、ポンプ１３側からの作動油の圧力を電磁部１５ｅに供給される電流に応じて調整する。

上述のようなロボット装置１の作業開始準備の完了後、ロボットアーム２およびハンド部４を用いた作業の開始が指示されると、制御装置１００は、元圧センサＰＳの検出値に基づいて、油路ＬＬにおける油圧（元圧）が予め定められた比較的高い常用圧Ｐｗ（本実施形態では、例えば５－６ＭＰａ程度）になるようにポンプ１３を制御する。本実施形態において、常用圧Ｐｗは、上記待機圧Ｐｓｔよりも高く、上限圧Ｐｌｉｍよりも低く、かつアキュムレータ１４の最低作動圧以上に定められている。

更に、制御装置１００は、外部（支持台）からの強制力無しにロボットアーム２を上記待機姿勢に保持するのに要求される油圧が予め定められた順番で流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに供給されるようにリニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅへの電流を制御する。次いで、制御装置１００は、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６から各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に対してロボットアーム２への要求に応じた油圧が供給されるように各電磁部１５ｅへの電流指令値を設定し、当該電流指令値に基づいて各電磁部１５ｅに供給される電流を制御する。これにより、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに対し、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６により要求に応じて調整された油圧（駆動圧）を供給することが可能となる。この結果、複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６により各アーム５ａ，５ｂ，５ｃをタンク１１、アーム５ａまたは５ｂに対して回動させてロボット装置１のハンド部４を所望の位置に移動させることができる。

また、ロボット装置１において、第１の人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１，Ｍ３またはＭ５の一端側の封止部材Ｃが第１リンクとしてのアーム５ａまたは５ｂにより支持される。更に、流体アクチュエータＭ１，Ｍ３またはＭ５の他端側の封止部材Ｃは、第２および第３連結軸Ａ_2a，Ａ_3a等とは異なる第５連結軸Ａ_5a，Ａ_5bまたはＡ_5cを介してレバー部材７ａ，７ｂまたは７ｃに連結される。また、第２の人工筋肉としての流体アクチュエータＭ２，Ｍ４またはＭ６の一端の封止部材Ｃが第１リンクとしてアーム５ａまたは５ｂにより支持される。更に、流体アクチュエータＭ２，Ｍ４またはＭ６の他端側の封止部材Ｃは、第２連結軸Ａ_2a，Ａ_2b，またはＡ_2cに関して第５連結軸Ａ_5a，Ａ_5bまたはＡ_5cとは反対側に配置される第６連結軸Ａ_6a，Ａ_6bまたはＡ_6cを介してレバー部材７ａ，７ｂまたは７ｃに連結される。これにより、対をなす第１および第２の人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１およびＭ２，Ｍ３およびＭ４、またはＭ５およびＭ６によりレバー部材７ａ，７ｂ，７ｃを拮抗駆動することで、各アーム５ａ，５ｂ，５ｃを十分な可動範囲内でタンク１１、アーム５ａまたは５ｂに対して安定かつスムースに回動させることが可能となる。

更に、ロボット装置１では、関節Ｊａに対応した４節リンク機構ＦＬａを構成するアーム５ａ、タンク１１、レバー部材７ａおよび連接部材８ａの諸元がＬ_12a＋Ｌ_14a＜Ｌ_23a＋Ｌ_34aを満たすように定められる。また、関節Ｊｂに対応した４節リンク機構ＦＬｂを構成するアーム５ａ，５ｂ、レバー部材７ｂおよび連接部材８ｂの諸元がＬ_12b＋Ｌ_14b＜Ｌ_23b＋Ｌ_34bを満たすように定められる。更に、関節Ｊｃに対応した４節リンク機構ＦＬｃを構成するアーム５ｂ，５ｃ、レバー部材７ｃおよび連接部材８ｃの諸元がＬ_12c＋Ｌ_14c＜Ｌ_23c＋Ｌ_34cを満たすように定められる。これにより、タンク１１とアーム５ａとがなす角度のとり得る範囲と、アーム５ａおよび５ｂがなす角度のとり得る範囲と、アーム５ｂおよび５ｃがなす角度のとり得る範囲とをそれぞれ１８０°よりも大きくすることができる。この結果、アーム５ａ，５ｂおよび５ｃのタンク１１、アーム５ａまたは５ｂに対する可動範囲すなわち関節角度θ_1a，θ_1b，θ_1cのとり得る範囲をより大きくすることが可能となる。

ここで、ロボット装置１（ロボットアーム２）において、基端側（流体供給装置１０側）のアーム５ａを重力に抗して関節Ｊａの第１連結軸Ａ_1aの周りに（タンク１１に対して）図３における時計回りに回動させるのに必要なトルクＴｒ_1aは、当該アーム５ａが概ね水平に延在するとき（関節角度θ_1a≒０°であるとき）に最大となり、アーム５ａが上側に引き上げられていくにつれて回動に必要なトルクＴｒ_1aが低下する。また、ロボット装置１において、アーム５ａよりも手先側のアーム５ｂ，５ｃを重力に抗して水平にするのにも大きなトルクＴｒ_1b，Ｔｒ_1cが必要となる。ただし、基端側のアーム５ａの回動に応じて当該アーム５ａとアーム５ｂとのなす角度である関節角度θ_1bが変化しても、アーム５ｂを重力に抗して水平にするのに必要なトルクＴｒ_1bの変化は比較的小さく、当該トルクＴｒ_1bは、関節角度θ_1bに拘わらず概ね一定になる。同様に、中間のアーム５ｂの回動に応じて当該アーム５ｂと手先側のアーム５ｃとの角度である関節角度θ_1cが変化しても、アーム５ｃを重力に抗して水平にするのに必要なトルクＴｒ_1cの変化は比較的小さく、当該トルクＴｒ_1cは、関節角度θ_1cに拘わらず概ね一定になる。

一方、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６が発生する収縮力は、チューブＴの軸方向における自然長に対する収縮した当該チューブＴの軸長の割合を示す収縮率が高くなるにつれて小さくなる。このため、何ら対策を施さなければ、関節Ｊａに対応した流体アクチュエータＭ１，Ｍ２のうち、アーム５ａをタンク１１に対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ１として大きな収縮力を発生可能な大型のアクチュエータを使用せざるを得なくなる。また、関節Ｊｂ，Ｊｃに対応した流体アクチュエータＭ３－Ｍ６のうち、アーム５ｂまたは５ｃを重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ３，Ｍ５には、収縮状態であってもアーム５ｂ，５ｃを重力に抗して水平にするのに必要な収縮力を発生することが要求される。従って、何ら対策を施さなければ、流体アクチュエータＭ３，Ｍ５としても大型のアクチュエータを使用せざるを得なくなる。

これらを踏まえて、本発明者等は、流体アクチュエータＭ１，Ｍ３，Ｍ５等の大型化やそれに伴うロボット装置１全体の大型化を抑制すべく鋭意研究・解析を行った。その結果、本発明者等は、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６からの力を４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃを介して２つのリンク間で伝達すると共に、当該４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃにおける軸間距離の調整や固定節の選び方により流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の出力特性を補完し得ることを見出した。

すなわち、関節Ｊａに対応した４節リンク機構ＦＬａでは、流体アクチュエータＭ１，Ｍ２やレバー部材７ａを支持していない第２リンクとしてのタンク１１が固定節とされる。更に、４節リンク機構ＦＬａにおいて、レバー部材７ａおよび連接部材８ａの第３連結軸Ａ_3aは、第２連結軸Ａ_2aに関して第５連結軸Ａ_5aとは反対側に当該第２連結軸Ａ_2aよりも第５連結軸Ａ_5aから離間するように配置され、連接部材８ａは、第１リンクとしてのアーム５ａをタンク１１に対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ１からの圧縮力を受ける（図３参照）。かかる構成において、Ｌ_12a＋Ｌ_14a＜Ｌ_23a＋Ｌ_34aを満たすようにアーム５ａ、タンク１１、レバー部材７ａおよび連接部材８ａの諸元を調整することで、関節Ｊａの関節角度θ_1aと、流体アクチュエータＭ１，Ｍ２によるレバー部材７ａ（第３リンク）を回動させるトルクＴｒ_2aに対するアーム５ａを回動させるトルクＴｒ_1aの比（トルク比＝Ｔｒ_1a／Ｔｒ_2a）との相関を図６において実線で示すように設定することができる。より詳細には、関節Ｊａに対応した４節リンク機構ＦＬａは、アーム５ａが概ね水平になるとき（関節角度θ_1a≒０°であるとき）にトルク比Ｔｒ_1a／Ｔｒ_2aを最大にすると共に関節角度θ_1aが増加するにつれてトルク比Ｔｒ_1a／Ｔｒ_2aを漸減させる。

これにより、関節角度θ_1aと、一対の流体アクチュエータＭ１，Ｍ２からレバー部材７ａに付与される収縮力との相関が図６において破線で示すようなものであっても、関節角度θ_1aとタンク１１に対してアーム５ａを回動させるトルクＴｒ_1aとの相関、すなわち当該トルクＴｒ_1aの出力特性を図７に示すようなものにすることが可能となる。すなわち、ロボット装置１では、アーム５ａに対して、一対の流体アクチュエータＭ１，Ｍ２および４節リンク機構ＦＬａから当該アーム５ａが概ね水平になるときに最大となると共にアーム５ａが上側に引き上げられていくにつれて低下するようにトルクＴｒ_1aを付与することができる。この結果、アーム５ａをタンク１１に対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ１に要求される最大収縮力が高くなるのを抑えて、流体アクチュエータＭ１ひいてはロボット装置１全体の大型化を抑制すると共に、アーム５ａを回動させるトルクＴｒ_1aを良好に確保することが可能となる。

また、関節Ｊｂに対応した４節リンク機構ＦＬｂでは、流体アクチュエータＭ３，Ｍ４やレバー部材７ｂを支持している第１リンクとしてのアーム５ａが固定節とされる。更に、４節リンク機構ＦＬｂにおいて、レバー部材７ｂおよび連接部材８ｂの第３連結軸Ａ_3bは、第２連結軸Ａ_2bに関して第６連結軸Ａ_6bとは反対側に第２連結軸Ａ_2bよりも第６連結軸Ａ_6bから離間するように配置され、連接部材８ｂは、第２リンクとしてのアーム５ｂをアーム５ａに対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ３からの引張力を受ける（図４参照）。かかる構成において、Ｌ_12b＋Ｌ_14b＜Ｌ_23b＋Ｌ_34bを満たすようにアーム５ａ，５ｂ、レバー部材７ｂおよび連接部材８ｂの諸元を調整することで、関節Ｊｂの関節角度θ_1bと、流体アクチュエータＭ３，Ｍ４によるレバー部材７ｂ（第３リンク）を回動させるトルクＴｒ_2bに対するアーム５ｂを回動させるトルクＴｒ_1bの比（トルク比＝Ｔｒ_1b／Ｔｒ_2b）との相関を図８において実線で示すように設定することができる。より詳細には、関節Ｊｂに対応した４節リンク機構ＦＬｂは、関節角度θ_1bが増加するにつれてトルク比Ｔｒ_1b／Ｔｒ_2bを漸増させる。

これにより、関節角度θ_1bと、一対の流体アクチュエータＭ３，Ｍ４からレバー部材７ｂに付与される収縮力との相関が図８において破線で示すようなものであっても、関節角度θ_1bとアーム５ａに対してアーム５ｂを回動させるトルクＴｒ_1bとの相関、すなわち当該トルクＴｒ_1bの出力特性を図９に示すようなものにすることが可能となる。すなわち、ロボット装置１では、アーム５ａとアーム５ｂとのなす角度である関節角度θ_1bが変化しても、一対の流体アクチュエータＭ３，Ｍ４および４節リンク機構ＦＬｂからアーム５ｂに対して概ね一定のトルクＴｒ_1bを付与することができる。この結果、アーム５ｂをアーム５ａに対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ３に要求される最大収縮力が高くなるのを抑えて、流体アクチュエータＭ３ひいてはロボット装置１全体の大型化を抑制すると共に、アーム５ｂを回動させるトルクＴｒ_1bを良好に確保することが可能となる。

更に、関節Ｊｃに対応した４節リンク機構ＦＬｃでは、流体アクチュエータＭ５，Ｍ６やレバー部材７ｃを支持している第１リンクとしてのアーム５ｂが固定節とされる。更に、４節リンク機構ＦＬｃにおいて、レバー部材７ｃおよび連接部材８ｃの第３連結軸Ａ_3cは、第２連結軸Ａ_2cに関して第６連結軸Ａ_6cとは反対側に第２連結軸Ａ_2cよりも第６連結軸Ａ_6cから離間するように配置され、連接部材８ｃは、第２リンクとしてのアーム５ｃをアーム５ｂに対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ５からの引張力を受ける。かかる構成において、Ｌ_12c＋Ｌ_14c＜Ｌ_23c＋Ｌ_34cを満たすようにアーム５ｂ，５ｃ、レバー部材７ｃおよび連接部材８ｃの諸元を調整することで、関節Ｊｃの関節角度θ_1cと、流体アクチュエータＭ５，Ｍ６によるレバー部材７ｃ（第３リンク）を回動させるトルクＴｒ_2cに対するアーム５ｃを回動させるトルクＴｒ_1cの比（トルク比＝Ｔｒ_1c／Ｔｒ_2c）との相関を図８において実線で示すものと同様に設定することができる。より詳細には、関節Ｊｃに対応した４節リンク機構ＦＬｃは、関節角度θ_1cが増加するにつれてトルク比Ｔｒ_1c／Ｔｒ_2cを漸増させる。

これにより、関節角度θ_1cと、一対の流体アクチュエータＭ５，Ｍ６からレバー部材７ｃに付与される収縮力との相関が図８において破線で示すようなものであっても、関節角度θ_1cとアーム５ｂに対してアーム５ｃを回動させるトルクＴｒ_1cとの相関、すなわち当該トルクＴｒ_1cの出力特性を図９に示すものと同様にすることが可能となる。すなわち、ロボット装置１では、アーム５ｂとアーム５ｃとのなす角度である関節角度θ_1cが変化しても、一対の流体アクチュエータＭ５，Ｍ６および４節リンク機構ＦＬｃからアーム５ｃに対して概ね一定のトルクＴｒ_1cを付与することができる。この結果、アーム５ｃをアーム５ｂに対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータＭ５に要求される最大収縮力が高くなるのを抑えて、流体アクチュエータＭ５ひいてはロボット装置１全体の大型化を抑制すると共に、アーム５ｃを回動させるトルクＴｒ_1cを良好に確保することが可能となる。

なお、上記４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃを“ＦＬｘ”として総称し、４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃにおける軸間距離、角度、力、トルク等を図１０に示すように総称した場合（ただし、図１０における添え字ｘは、ａ，ｂまたはｃの何れかを示す。）、４節リンク機構ＦＬｘでは、軸間距離Ｌ_12x，Ｌ_23x，Ｌ_34x，Ｌ_14xおよび角度θ_1x，θ_2x，θ_3x，θ_4xに関して次式（１）－（８）の関係が成立する。更に、トルクＴｒ_1x，Ｔｒ_2xは、式（７）および（８）から力Ｆ₃₄を消去することにより次式（９）のように表すことができる。

以上説明したように、ロボット装置１では、アーム５ａ（第１リンク）とタンク１１（第２リンク）とが、第１連結軸Ａ_1aを介して互いに回動自在に連結され、アーム５ａ（第１リンク）とアーム５ｂ（第２リンク）とが、第１連結軸Ａ_1bを介して互いに回動自在に連結され、アーム５ｂ（第１リンク）とアーム５ｃ（第２リンク）とが、第１連結軸Ａ_1cを介して互いに回動自在に連結される。また、レバー部材７ａ，７ｂ，７ｃ（第３リンク）が第１連結軸Ａ_1a等とは異なる第２連結軸Ａ_2a，Ａ_2bまたはＡ_2cを介してアーム５ａまたは５ｂ（第１リンク）に回動自在に連結される。更に、連接部材８ａ，８ｂ，８ｃ（第４リンク）が第３連結軸Ａ_3a，Ａ_3bまたはＡ_3cを介してレバー部材７ａ，７ｂまたは７ｃ（第３リンク）に回動自在に連結されると共に第１連結軸Ａ_1a等とは異なる第４連結軸Ａ_4a，Ａ_4bまたはＡ_4cを介してタンク１１、アーム５ｂまたは５ｃ（第２リンク）に回動自在に連結される。そして、アーム５ａまたは５ｂ（第１リンク）により支持された人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６によりレバー部材７ａ，７ｂ，７ｃ（第３リンク）をアーム５ａまたは５ｂに対して回動させると、アーム５ａおよびタンク１１、アーム５ａおよび５ｂ、またはアーム５ｂおよび５ｃを相対的に回動させるトルクＴｒ_1a，Ｔｒ_1b，Ｔｒ_1cがレバー部材７ａ，７ｂ，７ｃから連接部材８ａ，８ｂ，８ｃ（第４リンク）を介してタンク１１、アーム５ｂおよび５ｃに伝達される。

すなわち、アーム５ａ（第１リンク）と、タンク１１（第２リンク）と、レバー部材７ａ（第３リンク）と、連接部材８ａ（第４リンク）とは、タンク１１を固定節とする４節リンク機構ＦＬａを構成する。また、アーム５ａ（第１リンク）と、アーム５ｂ（第２リンク）と、レバー部材７ｂ（第３リンク）と、連接部材８ｂ（第４リンク）とは、アーム５ａを固定節とする４節リンク機構ＦＬｂを構成する。更に、アーム５ｂ（第１リンク）と、アーム５ｃ（第２リンク）と、レバー部材７ｃ（第３リンク）と、連接部材８ｃ（第４リンク）とは、アーム５ｂを固定節とする４節リンク機構ＦＬｃを構成する。従って、第１連結軸Ａ_1xと第２連結軸Ａ_2xとの軸間距離Ｌ_12xと、第２連結軸Ａ_2xと第３連結軸Ａ_3xとの軸間距離Ｌ_23xと、第３連結軸Ａ_3xと第４連結軸Ａ_4xとの軸間距離Ｌ_34xと、第１連結軸Ａ_1xと第４連結軸Ａ_4xとの軸間距離Ｌ_14xとの比を調整することで、アーム５ａ，５ｂ（第１リンク）に対するタンク１１，アーム５ｂ，５ｃ（第２リンク）の可動範囲（関節角度θ_1a，θ_1b，θ_1cのとり得る範囲）をアーム５ａ，５ｂに対するレバー部材７ａ，７ｂ，７ｃの可動範囲（角度θ_2a，θ_2b，θ_2cのとり得る範囲）よりも大きくすることができる。これにより、ロボット装置１の大型化を抑制しつつ、アーム５ａ，５ｂに対するタンク１１，アーム５ｂ，５ｃの可動範囲を十分に確保することが可能となる。

また、４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃにおける軸間距離Ｌ_12x，Ｌ_23x，Ｌ_34x，Ｌ_14xの調整や固定節の選び方により、上記関節角度θ_1a，θ_1b，θ_1cと、上記トルク比Ｔｒ_1a／Ｔｒ_2a，Ｔｒ_1b／Ｔｒ_2b，Ｔｒ_1c／Ｔｒ_2cをとの相関を変化させることができる。これにより、アーム５ａ－５ｃの姿勢やロボット装置１における位置（例えば、基端側、中間、手先側の何れか）に応じて、４節リンク機構ＦＬａ，ＦＬｂ，ＦＬｃにより、収縮率が高くなるにつれて収縮力が小さくなる流体アクチュエータＭ１－Ｍ６（人工筋肉）の特性を補完することが可能となり、特に流体アクチュエータＭ１，Ｍ３，Ｍ５に要求される最大収縮力が高くなるのを抑制しつつ、アーム５ａおよびタンク１１、アーム５ａおよび５ｂまたはアーム５ｂおよび５ｃを相対的に回動させるトルクＴｒ_1a，Ｔｒ_1b，Ｔｒ_1cを良好に確保することができる。この結果、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６やロボット装置１の大型化を抑制しつつ、アーム５ａ，５ｂに対するタンク１１，アーム５ｂ，５ｃの可動範囲を十分に確保すると共に、アーム５ａ－５ｃを安定かつスムースに回動させることが可能となる。

なお、ロボット装置１において、必ずしも関節Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃのすべてに対をなす複数の流体アクチュエータ（人工筋肉）Ｍ１，Ｍ２等が設けられる必要はない。すなわち、少なくとも何れか１つの関節に対してアーム等を重力に抗する方向に回動させるときに収縮する流体アクチュエータのみが設けられてもよく、少なくとも何れか１つの関節に対して、１つまたは複数の流体アクチュエータと、当該１つまたは複数の流体アクチュエータと拮抗するように配置されるスプリングやゴム材等の弾性体とが設けられてもよい。

また、ロボット装置１のロボットアーム２は、流体アクチュエータとして揺動モータ（例えば、ハンド部４の根元（手首部）を回転させる揺動モータ）を含むものであってもよい。すなわち、ロボットアーム２（ロボット本体）は、人工筋肉としての流体アクチュエータと揺動モータとの少なくとも何れか１つを含むものであってもよい。更に、ロボット装置１のロボットアーム２は、流体アクチュエータとしてエアシリンダや油圧シリンダといった流体圧シリンダを含むものであってもよい。また、加えて、ロボット装置１において、タンク１１がロボットアーム２といったロボット本体により支持されてもよい。

更に、ロボット装置１は、関節を１つだけ含むものであってもよく、人工筋肉としての流体アクチュエータを１つまたは２つだけ含むものであってもよい。また、ロボット装置１は、少なくとも１つの流体アクチュエータＭ１等とハンド部４とを有するロボットアーム２を含むものに限られず、少なくとも１つの流体アクチュエータと、例えばドリルビット等の工具や例えばスイッチ等を押圧する押圧部材といったハンド部４以外の要素が手先に取り付けられたロボットアームとを含むものであってもよい。更に、ロボット装置１は、歩行ロボットや、ウェアラブルロボット等であってもよい。

また、上記実施形態において、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６は、内部に作動油が供給されると共に当該内部の油圧の上昇に応じて径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含むマッキベン型の人工筋肉であるが、ロボット装置１における流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の構成は、これに限られるものではない。すなわち、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６は、流体が供給された際に径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブを含むものであればよく、例えば弾性体により形成された内側筒状部材と、弾性体により形成されると共に内側筒状部材の外側に同軸に配置され外側筒状部材と、内側筒状部材と外側筒状部材との間に配置された繊維層とを含む軸方向繊維強化型の流体アクチュエータ（例えば、特開２０１１－１３７５１６号参照）であってもよい。

更に、流体供給装置１０において、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の少なくとも何れか１つは、常開弁であってもよい。この場合、当該常開弁は、電磁部からの推力および当該電磁部からの推力と同方向に作用するようにフィードバックポートに供給された液圧による推力を、スプリングの付勢力とバランスさせるものであってもよい。また、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の少なくとも何れか１つは、専用のフィードバックポートをもたず、スプールを収容するスリーブの内側で出力圧（駆動圧）をフィードバック圧としてスプールに作用させるように構成されたものであってもよい（例えば、特開２０２０－４１６８７号公報参照）。同様に、コントロールバルブ１６も、出力圧（駆動圧）をスプールの内部でフィードバック圧として当該スプールに作用させるように構成されたものであってもよい。更に、流体供給装置１０において、コントロールバルブ１６が省略されてもよく、流体アクチュエータＭ１にリニアソレノイドバルブ１５１から油圧（駆動圧）が供給されてもよい。

また、流体供給装置１０は、流体調整バルブ（流体調整部）として、例えば圧力センサにより検出される液圧（流体圧）が要求に応じた圧力になるように流体アクチュエータＭ１－Ｍ６への液体（流体）の流量を制御する流量制御弁を含むものであってもよい。更に、流体供給装置１０は、水等の作動油以外の液体を流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給するものであってもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉を含むロボット装置の製造産業等において利用可能である。

１ ロボット装置、２ ロボットアーム、４ ハンド部、５ａ，５ｂ，５ｃ アーム（第１リンク、第２リンク）、６ａ，６ｂ，６ｃ 支持部、７ａ，７ｂ，７ｃ レバー部材（第３リンク）、８ａ，８ｂ，８ｃ 連接部材（第４リンク）、１０ 流体供給装置、１１ タンク（第２リンク）、Ａ_1a，Ａ_1b，Ａ_1c，Ａ_1x 第１連結軸、Ａ_2a，Ａ_2b，Ａ_2c，Ａ_2x 第２連結軸、Ａ_3a，Ａ_3b，Ａ_3c，Ａ_3x 第３連結軸、Ａ_4a，Ａ_4b，Ａ_4c，Ａ_4x 第４連結軸、Ａ_5a，Ａ_5b，Ａ_5c 第５連結軸、Ａ_6a，Ａ_6b，Ａ_6c 第６連結軸、Ｊａ，Ｊｂ，Ｊｃ 関節、Ｌ_12a，Ｌ_12b，Ｌ_12c，Ｌ_12x 軸間距離、Ｌ_14a，Ｌ_14b，Ｌ_14c，Ｌ_14x 軸間距離、Ｌ_23a，Ｌ_23b，Ｌ_23c，Ｌ_23x 軸間距離、Ｌ_34a，Ｌ_34b，Ｌ_34c，Ｌ_34x 軸間距離、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６ 流体アクチュエータ（人工筋肉）。

Claims (5)

1. 第１リンクと、第１連結軸を介して前記第１リンクに回動自在に連結される第２リンクと、前記第１リンクにより支持されると共に流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉とを含むロボット装置であって、
   前記第１連結軸とは異なる第２連結軸を介して前記第１リンクに回動自在に連結される共に前記人工筋肉により前記第１リンクに対して回動させられる第３リンクと、
   第３連結軸を介して前記第３リンクに回動自在に連結されると共に前記第１連結軸とは異なる第４連結軸を介して前記第２リンクに回動自在に連結される第４リンクと、
   を備えるロボット装置。
2. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記第１連結軸と前記第２連結軸との軸間距離を“Ｌ_12x”とし、前記第２連結軸と前記第３連結軸との軸間距離を“Ｌ_23x”とし、前記第３連結軸と前記第４連結軸との軸間距離を“Ｌ_34x”とし、前記第１連結軸と前記第４連結軸との軸間距離を“Ｌ_14x”としたときに、Ｌ_12x＋Ｌ_14x＜Ｌ_23x＋Ｌ_34xを満たすロボット装置。
3. 請求項１または２に記載のロボット装置において、
   前記人工筋肉は、一端が前記第１リンクにより支持されると共に他端が前記第２および第３連結軸とは異なる第５連結軸を介して前記第３リンクに連結される第１の人工筋肉と、一端が前記第１リンクにより支持されると共に他端が前記第２連結軸に関して前記第５連結軸とは反対側に配置される第６連結軸を介して前記第３リンクに連結される第２の人工筋肉とを含むロボット装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のロボット装置において、
   前記第４リンクは、前記第１および第２リンクの何れか一方を他方に対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する前記人工筋肉からの圧縮力を受けるロボット装置。
5. 請求項１から３の何れか一項に記載のロボット装置において、
   前記第４リンクは、前記第１および第２リンクの何れか一方を他方に対して重力に抗する方向に回動させるときに収縮する前記人工筋肉からの引張力を受けるロボット装置。

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