JP4236900B2

JP4236900B2 - ロボットの関節構造

Info

Publication number: JP4236900B2
Application number: JP2002306880A
Authority: JP
Inventors: 善太菅原; 広志松田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: WO2004037499A1; JP2004141976A; KR20050056254A; EP1586424A4; EP1586424B1; KR100629224B1; EP1586424A1; US7581465B2; US20060015214A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はロボットの関節構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットの関節構造として、従来より、４節あるいはそれ以上の節からなる平行リンク機構を介してアーム同士を連結する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、リンク同士を１軸で連結したロボットの関節構造も知られている。一般にロボットは、リンクの外側をカバーで覆い、内部構造を露出させないことが防塵性あるいは安全性などの観点から好ましい。このため、例えば脚式移動ロボットにおいて、リンク同士（例えば上腿リンクと下腿リンク）を１軸で連結する（即ち、上腿リンクと下腿リンクを他のリンク機構を介することなく直接連結する）と共に、一方のリンクを覆うカバーの端部を前記１軸を中心とした球面状とし、他方のリンクを覆うカバーの端部を前記球面状に対応した凹状とすることで、関節を回転させてもカバーとカバーの間に間隙が生じないようにしたロボットの関節構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９６６８０号公報（段落０００２，０００８，００１２図２，３，５および６）
【特許文献２】
特開２００２−２１０６８２号公報（図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
工場などで種々の作業に使用される据え置き型の産業用ロボットにおいて、作業ハンドの可動範囲を大きくして到達可能空間を増大させると共に、駆動速度の限界値を上げるには、基体から作業ハンドまでの関節の数やアーム（リンク）の長さ、アクチュエータの駆動力などを適宜設定することにより、対処することが可能である。他方、脚式移動ロボット、特に人間の形状を模したヒューマノイド型のロボットなどにあっては、外観上や機能上の観点から、産業用ロボットに比して関節の数やリンクの長さの設計に制約が生じる。また、自律型のロボットにあっては、消費電力や取り付けスペースなどの関係で、使用できるアクチュエータにも制限がある。従って、自律型の脚式移動ロボットなどにおいては、例えば腕部や脚部の可動範囲を増大させ、かつ駆動速度の限界値を上げるためには、それらを構成する個々の関節の可動範囲（回転角度）を増大させると共に、個々の関節の回転速度の限界値を上げる必要がある。
【０００６】
脚式移動ロボットにおいて、一般的な上記１軸の関節を備える場合、リンクやそれを覆うカバーの物理的な干渉を避けるために、図２３に示す如く、回転軸１００をリンク１０２，１０４の中心から外方にオフセットさせることがある。回転軸を外方にオフセットすることで、オフセットした側におけるリンクやカバーの干渉が生じ難くなり、可動範囲を大きくすることができる。
【０００７】
ところで、多関節型のロボットにおいては、図２４に示すように、複数個の回転軸（関節）１１０，１１２，１１４が同一直線上に位置するような姿勢は特異点姿勢となる。ロボットは特異点姿勢をとるとき制御が発散するので、特異点が発生しないように、関節の回転角度を制約する必要がある。例えば、ヒューマノイド型のロボットの腕部の肘関節にあっては、肘関節（回転軸１１２に相当）を僅かに曲げた状態から最大屈曲角までが可動範囲となる。
【０００８】
ここで、図２３に示したように、リンクやカバーの物理的な干渉を避けるために回転軸１００を外方にオフセットすると、リンク１０２，１０４を伸張しきった状態（関節を機構上可能な位置まで伸張方向に駆動した状態）から回転軸１００，１０６，１０８が同一直線上に位置する、即ち、特異点姿勢をとるまでには、図２５に示す如く、回転角θｏｓが必要とされる。従って、制御上利用できる回転軸１００の可動範囲（回転角度）は、機構上決定される可動範囲からθｏｓを除いた範囲となる。この回転角θｏｓは回転軸１００のオフセット量が大きくなるにつれて増加するため、従来技術にあっては、屈曲方向の可動範囲を大きくするために回転軸をオフセットすると、伸張方向の可動範囲が大きく制約されて減少するという不具合があった。
【０００９】
従ってこの発明の目的は、上記した課題を解決し、リンクやそれを覆うカバーの物理的な干渉を生じることなく関節の屈曲方向の可動範囲（回転角度）を増大すると共に、特異点に起因する伸張方向の可動範囲の減少を抑制し、さらには回転速度（駆動速度）の限界値を上げるようにしたロボットの関節構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１項においては、第１の主リンクと第２の主リンクを第１の可動リンクと第２の可動リンクを介して連結すると共に、前記第１の主リンクに配置されたアクチュエータで前記第１の可動リンクを駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させるロボットの関節構造において、前記第１の主リンクに回転軸Ａと回転軸Ｂを設けると共に、前記第２の主リンクに回転軸Ｃと回転軸Ｄを設け、前記回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを頂点とする四角形において対角する回転軸をそれぞれ回転軸Ａと回転軸Ｃ、回転軸Ｂと回転軸Ｄとしたとき、前記回転軸Ａと回転軸Ｃを前記第１の可動リンクを介して接続する一方、前記回転軸Ｂと回転軸Ｄを前記第２の可動リンクで接続して前記第１の可動リンクと第２の可動リンクを交差させて配置すると共に、前記回転軸Ａを前記アクチュエータで駆動し、よって前記第１の可動リンクを駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させ、さらに、前記第１の主リンクを互いに平行に配置された第１のプレートと第２のプレートとから構成し、前記第１の可動リンクを前記回転軸Ａを介して前記第１のプレートと前記第２のプレートとに回転自在に接続する一方、前記第２の可動リンクを前記回転軸Ｂを介して前記第１のプレートのみに回転自在に接続するように構成した。
【００１１】
第１の主リンク（例えば上腕リンク）と第２の主リンク（例えば下腕リンク）を第１の可動リンクと第２の可動リンクの２本の可動リンクを介して接続すると共に、それら２本の可動リンクを交差して配置し、さらに第１の主リンクを互いに平行に配置された第１のプレートと第２のプレートとから構成し、第１の可動リンクを回転軸Ａを介して第１のプレートと第２のプレートとに回転自在に接続する一方、第２の可動リンクを回転軸Ｂを介して第１のプレートのみに回転自在に接続するようにしたので、入力に対する関節（例えば肘関節）全体の駆動角度を大きくすることができ、関節の屈曲方向の可動範囲を増大すると共に、駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【００１２】
また、２本の可動リンクの外方への突出量が小さくなるため、可動リンクとそれらを覆うカバーの物理的な干渉が生じ難くなると共に、関節が２個の回転軸を支点として２段階にわたって屈曲されることとなって、第１の主リンクを覆うカバーと第２の主リンクを覆うカバーが干渉し難くなり、よって関節の屈曲方向の可動範囲を一層増大することができる。さらに、関節の回転軸を関節外方にオフセットする必要がないので、特異点に起因する伸張方向の可動範囲の減少を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項２項にあっては、前記回転軸Ａと回転軸Ｂを、それらに直交する面上において前記第１の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成した。
【００１４】
回転軸Ａと回転軸Ｂを、それらに直交する面上において第１の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成したので、関節の屈曲方向の可動範囲を一層効果的に増大することができると共に、回転速度の限界値を上げることができる。
【００１５】
また、請求項３項にあっては、それらに直交する面上において前記回転軸Ｃと回転軸Ｄを、前記第２の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成した。
【００１６】
回転軸Ｃと回転軸Ｄを、それらに直交する面上において第２の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成したので、関節の屈曲方向の可動範囲を一層効果的に増大することができると共に、回転速度の限界値を上げることができる。
【００１７】
また、請求項４項にあっては、前記第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかを、他方の可動リンクの回転軸と干渉しないように湾曲させるように構成した。
【００１８】
第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかを、他方の可動リンクの回転軸と干渉しないように湾曲させるように構成したので、第１の可動リンクと第２の可動リンクが他方の回転軸と干渉することがなく、よって関節の可動範囲をより一層増大することができる。
【００１９】
また、請求項５項にあっては、前記第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかに、前記関節が所定の角度以上回転することを防止する過回転防止機構を設けるように構成した。
【００２０】
第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかに、関節が所定の角度以上回転することを防止する過回転防止機構を設けるように構成したので、特異点に起因する制御の発散や関節の過度な屈曲によってカバーが損傷するのを防止することができる。
【００２１】
また、請求項６項にあっては、前記関節に、前記第１の主リンク、第１の可動リンク、第２の可動リンク、第２の主リンクおよびアクチュエータの外側を覆うカバーを設けると共に、前記カバーは、前記第１の主リンクとアクチュエータを覆う第１のカバーと、前記第２の主リンクを覆う第２のカバーと、前記第１のカバーと第２のカバーの間にスライド自在に介挿され、前記第１の可動リンクと第２の可動リンクを覆うと共に、前記関節の回転に伴って生じる前記第１のカバーと第２のカバーの間隙を被覆する第３のカバーから構成されるように構成した。
【００２２】
関節を覆うカバーを、第１のカバーと、第２のカバーと、前記第１のカバーと第２のカバーの間にスライド自在に介挿されると共に、関節の回転に伴って生じる前記第１のカバーと第２のカバーの間隙を被覆する第３のカバーから構成されるように構成したので、関節の内部構造が露出することがなく、よって前述の効果に加え、関節の防塵性および安全性を向上させることができると共に、美観を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の一つの実施の形態に係るロボットの関節構造について、脚式移動ロボット、より具体的にはヒューマノイド型のロボット（人体形状を模した脚式移動ロボット）を例にとって説明する。
【００２４】
図１はその実施の形態に係るロボットの正面図であり、図２はその右側面図である。
【００２５】
図１に示すように、ロボット１は、２本の脚部リンク２を備えると共に、その上方には上体（基体）３が設けられる。上体３のさらに上方には頭部４が形成されると共に、上体３の両側には２本の腕部リンク５が連結される。また、図２に示すように、上体３の背部には格納部６が設けられ、その内部には電子制御ユニットやバッテリ電源などが収容される。尚、図１および図２に示すロボット１は、内部構造を保護するためのカバーで被覆される。
【００２６】
図３はロボット１をスケルトンで示す説明図である。同図を参照して関節の個数と位置を説明すると、図示の如く、ロボット１は、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関節を備えると共に、腕部リンク５に５個の関節を備える。
【００２７】
脚部リンク２において、６個の関節は重力方向において上方から順に、股（腰部）の脚部回転用（Ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、股（腰部）のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方向（Ｘ軸まわり）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ、および同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成される。即ち、股関節（あるいは腰関節）は関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から、膝関節は関節１６Ｒ（Ｌ）から、足首関節は関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。
【００２８】
足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部には足平２２Ｒ，Ｌが取り付けられると共に、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク２４Ｒ，Ｌで連結され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク２６Ｒ，Ｌで連結される。
【００２９】
一方、腕部リンク５において、５個の関節は重力上方において上方から順に、肩部のピッチ方向の関節３０Ｒ，３０Ｌ、同ロール方向の関節３２Ｒ，３２Ｌ、腕部回転用の関節３４Ｒ，３４Ｌ、肘部のピッチ方向の関節３６Ｒ，３６Ｌ、手首回転用の関節３８Ｒ，３８Ｌから構成される。即ち、肩関節は関節３０Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）から、肘関節は関節３６Ｒ（Ｌ）から、手首関節は関節３８Ｒ（Ｌ）から構成される。
【００３０】
手首関節３８Ｒ（Ｌ）の先にはハンド（エンドエフェクタ）４０Ｒ，４０Ｌが取り付けられると共に、肩関節３０Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）と肘関節３６Ｒ（Ｌ）とは上腕リンク４２Ｒ，Ｌで連結され、肘関節３６Ｒ（Ｌ）と手首関節３８Ｒ（Ｌ）とは下腕リンク４４Ｒ，Ｌで連結される。
【００３１】
頭部４は、鉛直軸まわりの首関節４６と、それと直交する軸まわりに頭部４を回転させる頭部揺動機構４８を介して上体３に連結される。また、頭部４の内部には撮像した画像信号を出力する、ＣＣＤカメラからなる視覚センサ５０が配置されると共に、レシーバおよびマイクロフォンからなる音声入出力装置５２が配置される。
【００３２】
また、同図に示す如く、足首関節１８，２０Ｒ（Ｌ）と足平２２Ｒ（Ｌ）の接地端の間には、公知の６軸力センサ（床反力検出器）５６Ｒ（Ｌ）が取り付けられ、力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。
【００３３】
また、手首関節３８Ｒ（Ｌ）とハンド４０Ｒ（Ｌ）の間にも同種の６軸力センサ５８Ｒ（Ｌ）が取り付けられ、ロボット１に作用する床反力以外の外力、具体的にはハンド４０Ｒ（Ｌ）に対象物から作用する外力（対象物反力）の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。
【００３４】
さらに、上体リンク６０には傾斜センサ６２が設置され、Ｚ軸（鉛直方向（重力方向））に対する傾きとその角速度を示す信号を出力する。また、各関節を駆動する電動モータ（アクチュエータ。図示せず）には、その回転量を示す信号を出力するロータリーエンコーダ（図示せず）が設けられる。
【００３５】
これら６軸力センサ５６Ｒ（Ｌ），５８Ｒ（Ｌ）および傾斜センサ６２などの出力は、格納部６の内部に設けられた制御ユニット６４に入力される。制御ユニット６４はマイクロコンピュータからなり、メモリ（図示せず）に格納されているデータおよび入力された検出値に基づき、各関節を駆動する電動モータ（同図で図示せず）の制御値を算出する。
【００３６】
このように、ロボット１は左右の脚部リンク２Ｒ（Ｌ）のそれぞれについて６つの自由度を与えられ、これら６×２＝１２個の関節を駆動する電動モータを制御ユニット６４で算出された制御値に基づいて動作させることにより、足全体に所望の動きを与えることができ、ロボット１を任意に３次元空間を移動させることができる。また、左右の腕部リンク５Ｒ（Ｌ）のそれぞれについても５つの自由度（ハンド４０Ｒ（Ｌ）を除く）を与えられ、これら５×２＝１０個の関節を駆動する電動モータを制御ユニット６４で算出された制御値に基づいて動作させることにより、腕全体に所望の動きを与えることができ、任意の動作（作業）を行なわせることができる。
【００３７】
続いて、図４以降を参照してロボット１の関節構造について詳説する。尚、以下、肘関節３６Ｒ（Ｌ）を例に挙げて説明するが、肘関節３６Ｒ（Ｌ）の構造は左右対称のため、以下の説明において符合Ｒ，Ｌは省略する。
【００３８】
図４は、肘関節３６付近の斜視図である。尚、同図は、内部構造を保護するためのカバーを取り外した状態で示す。
【００３９】
図示の如く、上腕リンク４２は、第１のプレート（以下、「上腕第１プレート」と呼ぶ）４２ａと第２のプレート（以下、「上腕第２プレート」と呼ぶ）４２ｂから構成される。上腕第１プレート４２ａと上腕第２プレート４２ｂは、図示しないボルトで固定される。また、下腕リンク４４は、同様に第１のプレート（以下、「下腕第１プレート」と呼ぶ）４４ａと第２のプレート（以下、「下腕第２プレート」と呼ぶ）４４ｂから構成され、それらも図示しないボルトで固定される。
【００４０】
図５は、図４に示す肘関節３６を、上腕第１プレート４２ａと下腕第１プレート４４ａを取り外して示す斜視図である。
【００４１】
同図に示すように、上腕リンク４２には、回転軸Ａと回転軸Ｂが設けられる。回転軸Ａは、上腕第１プレート４２ａおよび上腕第２プレート４２ｂに設けられた突出部と、その外周に配置されたベアリング（共に図示せず）とからなる。また、回転軸Ｂは、上腕第１プレート４２ａに設けられた突出部と、その外周に配置されたベアリングとからなる。回転軸Ａと回転軸Ｂの回転中心（線）をそれぞれＡｃ，ｂｃで示す。
【００４２】
また、下腕リンク４４には、回転軸Ｃと回転軸Ｄが設けられる。回転軸Ｃは、下腕第１プレート４４ａおよび下腕第２プレート４４ｂに設けられた突出部と、その外周に配置されたベアリングとからなる。回転軸Ｄも同様である。回転軸Ｃと回転軸Ｄの回転中心（線）をそれぞれＣｃ，Ｄｃで示す。
【００４３】
肘関節３６は、第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２を備える。第１の可動リンク７０の一端は回転軸Ａに固定されると共に、他端は回転軸Ｃに回動自在に接続される。一方、第２の可動リンク７２の一端は回転軸Ｂに回動自在に接続されると共に、他端は回転軸Ｄに回動自在に接続される。即ち、上腕リンク４２と下腕リンク４４は、第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２を介して相対変位自在に接続される。
【００４４】
また、上腕リンク４２において、回転軸Ａおよび回転軸Ｂより上方（肩部方向）には、電動モータ（アクチュエータ）７６が配置される。電動モータ７６の出力は、図示しない減速機を介して回転軸Ａに伝達され、回転軸Ａに固定された第１の可動リンク７０を駆動する。これにより、上腕リンク４２と下腕リンク４４は相対変位させられる。
【００４５】
図６は、図５に示す肘関節３６を拡大して示す平面図である。尚、同図において符合７８は、回転軸Ｂを上腕第１プレート４２ａで支持するための部材を示し、符合８０は、回転軸Ｄを下腕第１プレート４４ａで支持するための部材を示す。これらの部材７８，８０は、図４および図５において図示を省略した。
【００４６】
図６に示すように、回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの回転中心Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃを頂点とする四角形において、対角する回転軸はそれぞれ、回転軸Ａと回転軸Ｃ、回転軸Ｂと回転軸Ｄとなる。即ち、回転軸Ａと回転軸Ｃを第１の可動リンク７０で接続すると共に、回転軸Ｂと回転軸Ｄを第２の可動リンク７２で接続することにより、これら第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２を交差して配置するようにした。また、第２の可動リンク７２は、回転軸Ａに干渉しないように、回転軸Ａを回避する湾曲状、より具体的には、Ｓ字状に形成される。
【００４７】
図７は、図６に示す肘関節３６をカバーも含めて示す平面図である。
【００４８】
同図に示すように、肘関節３６には、各リンクの外側を覆うカバー（ケーシング）が設けられる。カバーは、上腕リンク４２と電動モータ７６を覆う第１のカバー８４と、下腕リンク４４を覆う第２のカバー８６と、前記第１のカバー８４と第２のカバー８６の間にスライド自在に介挿されて第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２を覆う第３のカバー８８とからなる。
【００４９】
図８および図９は、図７に示す肘関節３６を駆動した状態を示す平面図である。
【００５０】
図８および図９に示すように、回転軸Ａを回転させて第１の可動リンク７０を屈曲方向に駆動すると、回転軸Ｂと回転軸Ｃを結ぶ直線の距離は短くなる。このとき、回転軸Ｂと回転軸Ｄを結ぶ直線の距離ならびに回転軸Ｃと回転軸Ｄの相対位置関係は不変であることから、下腿リンク４４は、回転軸Ｃを支点として、さらに屈曲方向に駆動される。
【００５１】
図１０は、肘関節３６が伸張しきった状態の腕部リンク５を模式的に示す説明図である。ここで、肘関節が伸張しきった状態とは、機構上決定される伸張方向の可動限界まで肘関節３６を駆動した状態を意味する（肩関節と手首関節を結ぶ直線が最長となった状態とは必ずしも一致しない）。
【００５２】
同図において、ＥＬ１は、肘関節３６のうち回転軸Ａを意味し、ＥＬ２は、肘関節３６のうち回転軸Ｃを意味する。また、角度αは、図６に示すように、肘関節３６が伸張しきった状態における上腕リンク４２の長手方向（４２ｚで示す）と第１の可動リンク７０の長手方向（７０ｚで示す）のなす角度であり、角度βは、第１の可動リンク７０の長手方向と下腕リンク４４の長手方向（４４ｚで示す）のなす角度である。
【００５３】
図１０に示す腕部リンク５において、電動モータによってＥＬ１、即ち、回転軸Ａをθ１だけ駆動すると、図１１に示す如く、上腕リンク４２の長手方向と第１の可動リンク７０の長手方向のなす角度は、α＋θ１となる。さらに、ＥＬ２、即ち、回転軸Ｃを支点として下腕リンク４４が駆動されることにより、第１の可動リンク７０の長手方向と下腕リンク４４の長手方向のなす角度は、θ２−βとなる。よって、肘関節３６全体としての駆動角度は、θ１＋θ２となる。ここで、θ２は、以下の数１に示す式で表すことができる。
【００５４】
【数１】

【００５５】
上式において、θＡＢは、図６に示す如く、上腕リンク４２の長手方向（４２ｚ）と直交する方向（４２ｘで示す）と、回転軸Ａと回転軸Ｂの回転中心ＡｃとＢｃを結ぶ線のなす角度であり、この実施の形態にあっては３０度（回転軸Ａより回転軸Ｂを重力方向上方（肩部側）に配置した場合を正の角度とし、逆の場合を負の角度とする）である。また、θＣＤは、下腕リンク４４の長手方向（４４ｚで示す）と直交する方向（４４ｘで示す）と、回転軸Ｃと回転軸Ｄの回転中心Ｃｃ，Ｄｃを結ぶ線のなす角度であり、この実施の形態にあっては４５度（回転軸Ｃより回転軸Ｄを重力方向上方（肩部側）に配置した場合を正の角度とし、逆の場合を負の角度とする）である。
【００５６】
また、値ａ，ｂ，ｂ’，ｃ，ｃ’およびｄは、回転軸Ａと回転軸Ｃの軸間距離（具体的には、回転中心ＡｃとＣｃの直線距離。即ち、第１の可動リンク７０の軸間距離）をｒＡＣ、回転軸Ｂと回転軸Ｄの軸間距離（具体的には、回転中心ＢｃとＤｃの直線距離。即ち、第２の可動リンク７２の軸間距離）をｒＢＤ、回転軸Ａと回転軸Ｂの軸間距離をｒＡＢ、回転軸Ｃと回転軸Ｄの軸間距離をｒＣＤとしたとき、以下の数２に示す各式で表すことができる。
【００５７】
【数２】

【００５８】
また、回転軸Ａと回転軸Ｂの軸間距離ｒＡＢと、回転軸Ｃと回転軸Ｄの軸間距離ｒＣＤが等しいときは、値ｂとｂ’が等しくなると共に、値ｃとｃ’が等しくなるので、上記θ２を以下の数３で示す式で表すことができる。
【００５９】
【数３】

【００６０】
ここで、数３で示す式中の値ａ，ｂ，ｃおよびｄは、以下の数４で示す各式で表される。
【００６１】
【数４】

【００６２】
図１２は、θＣＤを４５度としてθＡＢを変化させたときのθ１とθ２の関係を対比して示すグラフである。
【００６３】
同図に示すように、θＣＤを４５度、θＡＢを３０度としたとき、θ１の増加に略比例して、略一対一の関係でθ２が増加することがわかる。即ち、減速機を介して電動モータ７６から入力される回転角度（回転軸Ａの回転角度。即ち、θ１）に対して倍の回転角度（肘関節３６全体の回転角度。即ち、θ１＋θ２）が出力されることとなる。従って、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を増大すると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【００６４】
尚、前出の図８は、θ１が３０度、θ２が１９．２度、即ち、θ１＋θ２が４９．２度のときの肘関節３６を示す。また、図９はθ１が５５度、θ２が４４度、即ち、θ１＋θ２が９９度のときの肘関節３６を示す。
【００６５】
図８および図９の説明を続けると、第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２の２本の可動リンクを交差して配置していることから、肘関節３６が大きく駆動されても、可動リンク７０，７２の関節外方への突出量が小さく、よって可動リンク７０，７２とカバーの物理的な干渉が生じ難くなる。また、肘関節３６が２段階にわたって屈曲される（支点となる回転軸が２個（回転軸Ａと回転軸Ｃ）存在する）ことから、第１のカバー８４と第２のカバー８６の干渉の可能性も低減することができる。
【００６６】
さらに、第２の可動リンク７２がＳ字状に形成されていることから、肘関節３６を駆動した際、第２の可動リンク７２が第１の可動リンク７０が接続される回転軸Ａおよび回転軸Ｃに干渉することがないため、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を一層増大させることができる。
【００６７】
また、肘関節３６を駆動（回転）すると、第１のカバー８４と第２のカバー８６が相対変位するため、それらの間に間隙が生じる（間隙の大きさが変化する）が、前記したように、第３のカバー８８が第１のカバー８４と第２のカバー８６の間にスライド自在に介挿されるため、前記間隙を第３のカバー８８で被覆することができ、よって肘関節３６の防塵性および安全性を向上させることができる。さらに、ロボット１の美観を向上させることができる。
【００６８】
次いで、腕部リンク５の特異点について説明する。図１３は、肩関節３０，３２，３４から手首関節３８までの直線距離（Ｒとする）と肘関節３６の駆動角度θ１＋θ２の関係を示すグラフである。尚、同図において、θ１＋θ２が０度とは、腕部リンク５が伸張しきった状態（肘関節３６を機構上可能な位置まで伸張方向に駆動した状態。図１４の上段において、Ｒｌｍｔと示す）を意味する。
【００６９】
図１４の上段に示す状態（肘関節３６を機構上可能な位置まで伸張方向に駆動した状態）から、肘関節３６を屈曲方向に駆動すると、腕部リンク５の各関節（肩関節、肘関節および手首関節）が同一直線上に位置して特異点姿勢をとる。このとき、肩関節３０，３２，３４から手首関節３８までの直線距離Ｒは、最大値となる（図１４の中段において、Ｒｍａｘと示す）。
【００７０】
ロボットが特異点姿勢をとるとき、その位置姿勢制御の制御量が発散することから、機構上決定される可動範囲（図１４の下段において、θＥＬｍと示す）のうち、特異点姿勢を通過しない範囲が制御上利用できる回転角度（θＥＬｃと示す）となる。換言すれば、θ１＋θ２のうち、０度（Ｒ＝Ｒｌｍｔ）から、Ｒが最大値Ｒｍａｘとなる角度までは、制御上利用することのできない回転角度（θＥＬｃｅｒｒと示す）となる。
【００７１】
この実施の形態にあっては、図１３に示すの如く、θ１＋θ２がおよそ２．８度のときにＲが最大値Ｒｍａｘとなることから、０度から２．８度までが制御上利用できない回転角度となる。この値は、従来の一般的な１軸の関節に比して１／４程度と小さい。これは、上腕リンク４２と下腕リンク４４を第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２の２本の可動リンクを介して接続すると共に、それら２本の可動リンク７０，７２を交差して配置することで、第１のカバー８４と第２のカバー８６の干渉が生じ難くなり、肘関節３６の回転軸線を関節外方にオフセットする必要がなくなったことに起因する。
【００７２】
このように、この実施の形態に係るロボット１の関節構造にあっては、上腕リンク４２と下腕リンク４４を第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２の２本の可動リンクを介して接続すると共に、それら２本の可動リンク７０，７２を交差して配置するようにしたので、入力に対する肘関節３６全体の駆動角度を大きくすることができ、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を増大すると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【００７３】
また、２本の可動リンク７０，７２の外方への突出量が小さくなるため、可動リンク７０，７２とそれらを覆う第３のカバー８８の物理的な干渉の可能性を低下できると共に、肘関節３６が２個の回転軸Ａ，Ｃを支点として２段階にわたって屈曲されるため、第１のカバー８４と第２のカバー８６が干渉し難くなり、よって肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を一層増大することができる。さらに、肘関節３６の回転軸を関節外方にオフセットする必要がないので、肘関節３６の伸張方向の可動範囲の減少を抑制することができる。
【００７４】
さらに、肘関節３６を駆動した際、第２の可動リンク７２が第１の可動リンク７０が接続される回転軸Ａおよび回転軸Ｃに干渉しないように、第２の可動リンク７２を回転軸Ａおよび回転軸Ｃを回避する湾曲状、より具体的には、Ｓ字状に湾曲させて形成したので、肘関節３６の可動範囲をより一層増大することができる。
【００７５】
また、第３のカバー８８が、第１のカバー８４と第２のカバー８６の間にスライド自在に介挿されることから、肘関節３６の回転に伴って生じる第１のカバー８４と第２のカバー８６の間隙を第３のカバー８８で被覆することができるため、肘関節３６を駆動しても関節の内部構造が露出することがなく、よって前述の効果に加え、肘関節３６の防塵性および安全性を向上させることができる。さらに、ロボット１の美観を向上させることができる。
【００７６】
また、上記において関節として肘関節３６を例に挙げて説明したが、この実施の形態に係るロボットの関節構造は、膝関節１６などにも同様に妥当する。
【００７７】
尚、図１２に示すように、θＡＢを０度付近に設定したとき、θ１の増加量に対するθ２の増加量は最も大きくなる。従って、θＡＢを０度付近に設定する、即ち、上腕リンク４２の長手方向（４２ｚ）と直交する同一直線上（４２ｘ）あるいはその近傍に回転軸Ａと回転軸Ｂを設けることにより、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲をより一層増大することができると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度を上げることができる。但し、θ１の増加量に対するθ２の増加量が大きくなるほど肘関節３６の駆動トルクは小さくなるので、使用するアクチュエータや目的とする動作（作業）に応じてθＡＢを適宜設定すべきであることは言うまでもない。この実施の形態にあっては、可動範囲の増大と駆動速度の向上、さらには駆動トルクの確保を最適にバランスさせるため、θＡＢを３０度に設定した。
【００７８】
一方、この実施の形態においては、前記したように第２の可動リンク７２をＳ字状に形成したため、図１５に示す如く、肘関節３６を大きく駆動すると、第２の可動リンク７２のＳ字状の凸部が第１のカバー８４に干渉してしまう（（１）で示す）。この干渉は第１のカバー８４の端部を切り欠くことによっても解消することができるが、第１のカバー８４の端部を切り欠くと、それによって生じる間隙を被覆するために第３のカバー８８の端部を上腕方向に延長させる必要がある。しかしながら、第３のカバー８８の端部を上腕方向に延長させると、肘関節３６を大きく駆動したときに上腕に配置された電動モータ７６と干渉してしまう（（２）で示す）。
【００７９】
第３のカバー８８の端部と電動モータ７６の干渉は、電動モータ７６を下方に移動させることによって解消することができるが、電動モータ７６を下方に配置すると、第１のカバー８４の下方を凹部状（（３）で示す）に形成できなくなるため、第３のカバー８８のスライド量が小さくなり、よって肘関節３６を大きく駆動したときに第１のカバー８４と第３のカバー８８の間に間隙が生じてしまうという不都合がある（（４）で示す）。尚、図１５は、θ１が７５度、θ２が７５度、即ち、θ１＋θ２が１５０度のときの肘関節３６を示す。
【００８０】
従って、以下に説明するこの発明の第２の実施の形態においては、関節の可動範囲を増大しつつ、リンクとカバーの干渉を防止するように構成した。
【００８１】
以下、この発明の第２の実施の形態に係るロボットの関節構造について説明する。
【００８２】
図１６は、この発明の第２の実施の形態に係るロボットの関節構造を示す、図７と同様な平面図である。
【００８３】
第１の実施の形態と異なる構成に焦点を当てて説明すると、第２の実施の形態にあっては、図示の如く、第２のリンク７２ａをくの字状に湾曲させて形成すると共に、θＡＢを−１５．５度、θＣＤを３０度に設定した。
【００８４】
図１７から図１９は、図１６に示す肘関節３６を駆動した状態を示す平面図である。尚、図１７はθ１が２４度、θ２が２５．７度、即ち、θ１＋θ２が４９．７度のときの肘関節３６を示し、図１８はθ１が４５度、θ２が５５度、即ち、θ１＋θ２が１００度のときの肘関節３６を示す。また、図１９はθ１が６８度、θ２が８２．２度、即ち、θ１＋θ２が１５０．２度のときの肘関節３６を示す。
【００８５】
前記したように、θＡＢを−１５．５度とする、即ち、回転軸Ｂを回転軸Ａより下腿リンク４４側に設けることにより、第２の可動リンク７２ａが回転軸Ａと干渉することがないため、第１の実施の形態のように、第２の可動リンク７２ａを第１のカバー８４側に突出するような形状（回転軸Ａを回避するような形状）とする必要がない。このため、図１７から図１９に示す如く、肘関節３６を大きく駆動しても、第２の可動リンク７２ａと第１のカバー８４が干渉することがない。また、第２の可動リンク７２ａをくの字状に湾曲させて形成したので、肘関節３６を大きく駆動しても第２の可動リンク７２ａが回転軸Ｃに干渉することもない。従って、第１の実施の形態に比して、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を一層大きくすることができる。
【００８６】
図２０は、θＡＢを−１５．５度としてθＣＤを変化させたときのθ１とθ２の関係を対比して示すグラフである。同図に示すように、θＡＢを−１５．５度、θＣＤを３０度としたとき、θ１の増加に略比例して、一対一以上の割合でθ２が増加することがわかる。即ち、減速機を介して電動モータ７６から入力される回転角度（回転軸Ａの回転角度。即ち、θ１）に対して倍以上の回転角度（肘関節３６全体の回転角度。即ち、θ１＋θ２）が出力されることとなる。よって第１の実施の形態以上に肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を増大することができると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【００８７】
尚、図示の如く、θＣＤを小さく設定するにつれてθ１の増加量に対するθ２の増加量は大きくなる。従って、θＣＤを０度付近に設定する、即ち、下腕リンク４４の長手方向（４４ｚ）と直交する同一直線上（４４ｘ）あるいはその近傍に回転軸Ｃと回転軸Ｄを設けることにより、肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を一層増大することができると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度を上げることができる。但し、θ１の増加量に対するθ２の増加量が大きくなるほど肘関節３６の駆動トルクは小さくなるので、使用するアクチュエータや目的とする動作（作業）に応じてθＣＤを適宜設定すべきであることは前述の通りである。この実施の形態にあっては、可動範囲の増大と駆動速度の向上、さらには駆動トルクの確保を最適にバランスさせるために、θＣＤを３０度に設定した。
【００８８】
このように、第２の実施の形態に係るロボットの関節構造にあっては、第２のリンク７２ａをくの字状に湾曲させて形成したので、肘関節３６を大きく駆動しても、第２の可動リンク７２ａが第１のカバー８４および回転軸Ｃに干渉することがなく、よって肘関節３６の屈曲方向の可動範囲をより一層増大することができる。
【００８９】
また、θＡＢを−１５．５度、θＣＤを３０度に設定したので、第１の実施の形態以上に肘関節３６の屈曲方向の可動範囲を増大することができると共に、同一入力に対する肘関節３６の駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【００９０】
さらに、図２１に示す如く、この実施の形態にあってはθ１＋θ２がおよそ３．９度のときにＲが最大値Ｒｍａｘとなることから、０度から３．９度までが制御上利用できない回転角度となる。この値は、従来の一般的な１軸の関節に比して１／３程度と小さい。従って、第１の実施の形態と同様に、特異点に起因する伸張方向の可動範囲の減少を抑制することができる。
【００９１】
尚、残余の構成は第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００９２】
次いで、この発明の第３の実施の形態に係るロボットの関節構造について説明する。
【００９３】
図２２は、この発明の第３の実施の形態に係るロボットの関節構造を示す、図１６と同様な平面図である。
【００９４】
第１および第２の実施の形態と異なる構成に焦点を当てて説明すると、第３の実施の形態にあっては、肘関節３６の過回転（駆動）を防止するための機械的な過回転防止機構を設けた。
【００９５】
図２２に示す如く、第１の可動リンク７０上にピン９０が設けられ、ピン９０は、ストッパ９２に穿設された円弧状の孔９４に挿入される。尚、ストッパ９２は上腕第１プレート４２ａ（図示せず）に固定される。
【００９６】
孔９４は、第１の可動リンク７０が駆動されることによってピン９０が描く軌跡と同様な円弧状に形成される。また、孔９４の一方の終端９４ａは、肘関節３６を駆動したとき、第１のカバー８４と第２のカバー８６が干渉しない位置で第１の可動リンク７０の回転が終了するように設定されると共に、他方の終端９４ｂは、θ１＋θ２が腕部リンク５が特異点姿勢をとる角度とならないように設定される。即ち、第１の実施の形態にあってはθ１＋θ２が２．８度以下に、第２の実施の形態にあってはθ１＋θ２が３．９度以下にならないように設定される。
【００９７】
これにより、第１の可動リンク７０の過回転が防止され、よって肘関節３６の過回転が防止されて第１のカバー８４と第２のカバー８６が干渉して損傷することを防止できると共に、腕部リンク５が特異点姿勢をとることを防止することができる。
【００９８】
尚、残余の構成および効果は第１および第２の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００９９】
以上のように、第１から第３の実施の形態に係るロボットの関節構造にあっては、第１の主リンク（上腕リンク４２）と第２の主リンク（下腕リンク４４）を第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２（７２ａ）を介して連結すると共に、前記第１の主リンクに配置されたアクチュエータ（電動モータ７６）で前記第１の可動リンク７０を駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させるロボット１の関節（肘関節３６）構造において、前記第１の主リンクに回転軸Ａと回転軸Ｂを設けると共に、前記第２の主リンクに回転軸Ｃと回転軸Ｄを設け、前記回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを頂点とする四角形において対角する回転軸をそれぞれ回転軸Ａと回転軸Ｃ、回転軸Ｂと回転軸Ｄとしたとき、前記回転軸Ａと回転軸Ｃを前記第１の可動リンク７０を介して接続する一方、前記回転軸Ｂと回転軸Ｄを前記第２の可動リンク７２（７２ａ）で接続して前記第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２（７２ａ）を交差させて配置すると共に、前記回転軸Ａを前記アクチュエータで駆動し、よって前記第１の可動リンク７０を駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させ、さらに、前記第１の主リンクを互いに平行に配置された第１のプレート（上腕第１プレート４２ａ）と第２のプレート（上腕第２プレート４２ｂ）とから構成し、前記第１の可動リンクを前記回転軸Ａを介して前記第１のプレートと前記第２のプレートとに回転自在に接続する一方、前記第２の可動リンクを前記回転軸Ｂを介して前記第１のプレートのみに回転自在に接続するように構成した。
【０１００】
また、前記回転軸Ａと回転軸Ｂを、それらに直交する面上において前記第１の主リンクの長手方向（４２ｚ）と直交する同一直線（４２ｘ）上に離間して位置するように設けるように構成した。
【０１０１】
また、前記回転軸Ｃと回転軸Ｄを、それらに直交する面上において前記第２の主リンクの長手方向（４４ｚ）と直交する同一直線（４４ｘ）上に離間して位置するように設けるように構成した。
【０１０２】
また、前記第１の可動リンク７０および第２の可動リンク７２（７２ａ）の少なくともいずれかを、他方の可動リンクの回転軸と干渉しないように湾曲させる（Ｓ字状またはくの字状に形成する）ように構成した。
【０１０３】
また、前記第１の可動リンク７０および第２の可動リンク７２（７２ａ）の少なくともいずれかに、前記関節が所定の角度以上回転することを防止する過回転防止機構（ピン９０、ストッパ９２、孔９４）を設けるように構成した。
【０１０４】
また、前記関節に、前記第１の主リンク、第１の可動リンク７０、第２の可動リンク７２（７２ａ）、第２の主リンクおよびアクチュエータの外側を覆うカバーを設けると共に、前記カバーは、前記第１の主リンクとアクチュエータを覆う第１のカバー８４と、前記第２の主リンクを覆う第２のカバー８６と、前記第１のカバー８４と第２のカバー８６の間にスライド自在に介挿され、前記第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２（７２ａ）を覆うと共に、前記関節の回転に伴って生じる前記第１のカバー８４と第２のカバー８６の間隙を被覆する第３のカバー８８から構成されるように構成した。
【０１０５】
尚、上記において、この発明に係るロボットの関節構造を脚式移動ロボット、より具体的にはヒューマノイド型のロボットを例にとって説明したが、この発明は他の形式の移動ロボットおよび産業用ロボットにも妥当する。
【０１０６】
また、使用するアクチュエータも電動モータに限られるものではなく、他のアクチュエータであっても良い。
【０１０７】
また、θＡＢやθＣＤは上記した具体例に限られるものではなく、目的とするロボットの作業（動作）に応じて適宜な値に設定すべきであることは言うまでもない。
【０１０８】
また、第１の可動リンク７０と第２の可動リンク７２（７２ａ）のうち、第２の可動リンク７２（７２ａ）を回転軸Ａおよび回転軸Ｃに干渉しないように湾曲させたが、第１の可動リンク７０を回転軸Ｂおよび回転軸Ｄに干渉しないように湾曲させても良い。尚、湾曲形状も図示の例に止まらないことは言うまでもない。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、第１の主リンク（例えば上腕リンク）と第２の主リンク（例えば下腕リンク）を第１の可動リンクと第２の可動リンクの２本の可動リンクを介して接続すると共に、それら２本の可動リンクを交差して配置し、さらに第１の主リンクを互いに平行に配置された第１のプレートと第２のプレートとから構成し、第１の可動リンクを回転軸Ａを介して第１のプレートと第２のプレートとに回転自在に接続する一方、第２の可動リンクを回転軸Ｂを介して第１のプレートのみに回転自在に接続するようにしたので、入力に対する関節（例えば肘関節）全体の駆動角度を大きくすることができ、関節の屈曲方向の可動範囲を増大すると共に、駆動速度（回転速度）の限界値を上げることができる。
【０１１０】
また、２本の可動リンクの外方への突出量が小さくなるため、可動リンクとそれらを覆うカバーの物理的な干渉が生じ難くなると共に、関節が２個の回転軸を支点として２段階にわたって屈曲されることとなって、第１の主リンクを覆うカバーと第２の主リンクを覆うカバーが干渉し難くなり、よって関節の屈曲方向の可動範囲を一層増大することができる。さらに、関節の回転軸を関節外方にオフセットする必要がないので、特異点に起因する伸張方向の可動範囲の減少を抑制することができる。
【０１１１】
請求項２項にあっては、回転軸Ａと回転軸Ｂを、それらに直交する面上において第１の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成したので、関節の屈曲方向の可動範囲を一層効果的に増大することができると共に、回転速度の限界値を上げることができる。
【０１１２】
請求項３項にあっては、回転軸Ｃと回転軸Ｄを、それらに直交する面上において第２の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けるように構成したので、請求項２項と同様に関節の屈曲方向の可動範囲を一層効果的に増大することができると共に、回転速度の限界値を上げることができる。
【０１１３】
請求項４項にあっては、第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかを、他方の可動リンクの回転軸と干渉しないように湾曲させるように構成したので、第１の可動リンクと第２の可動リンクが他方の回転軸と干渉することがなく、よって関節の可動範囲をより一層増大することができる。
【０１１４】
請求項５項にあっては、第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかに、関節が所定の角度以上回転することを防止する過回転防止機構を設けるように構成したので、特異点に起因する制御の発散や関節の過度な屈曲によってカバーが損傷するのを防止することができる。
【０１１５】
請求項６項にあっては、関節を覆うカバーを、第１のカバーと、第２のカバーと、前記第１のカバーと第２のカバーの間にスライド自在に介挿されると共に、関節の回転に伴って生じる前記第１のカバーと第２のカバーの間隙を被覆する第３のカバーから構成されるように構成したので、関節の内部構造が露出することがなく、よって前述の効果に加え、関節の防塵性および安全性を向上させることができると共に、ロボットの美観を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係るロボットの関節構造を脚式移動ロボットを例にとって説明するときのロボットの正面図である。
【図２】図１に示すロボットの右側面図である。
【図３】図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。
【図４】図３に示す肘関節付近の斜視図である。
【図５】図４に示す肘関節を上腕第１プレートと下腕第１プレートを取り外して示す斜視図である。
【図６】図５に示す肘関節の拡大平面図である。
【図７】図６に示す肘関節をカバーも含めて示す平面図である。
【図８】図７に示す肘関節の駆動状態の平面図である。
【図９】図７に示す肘関節の駆動状態の、図８と同様な平面図である。
【図１０】図６に示す肘関節を伸張させた状態の腕部リンクを模式的に示す説明図である。
【図１１】図６に示す肘関節を屈曲させた状態の腕部リンクを模式的に示す説明図である。
【図１２】図６に示す肘関節においてθＣＤを４５度としてθＡＢを変化させたときのθ１とθ２の関係を対比して示すグラフである。
【図１３】図３に示すロボットの肩関節から手首関節までの直線距離Ｒと肘関節の駆動角度θ１＋θ２の関係を示すグラフである。
【図１４】図１３に示すロボットの肩関節から手首関節までの直線距離Ｒの最大値Ｒｍａｘなどを説明する説明図である。
【図１５】図７に示す肘関節の駆動状態の、図８と同様な平面図である。
【図１６】この発明の第２の実施の形態に係るロボットの関節構造を示す、図７と同様な平面図である。
【図１７】図１６に示す肘関節の駆動状態の平面図である。
【図１８】図１６に示す肘関節の駆動状態の、図１７と同様な平面図である。
【図１９】図１６に示す肘関節の駆動状態の、図１７と同様な平面図である。
【図２０】図１６に示す肘関節においてθＡＢを−１５．５度としてθＣＤを変化させたときのθ１とθ２の関係を対比して示すグラフである。
【図２１】第２の実施の形態における図１３と同様なグラフである。
【図２２】この発明の第３の実施の形態に係るロボットの関節構造を示す、図１６と同様な平面図である。
【図２３】従来のロボットの関節構造を示す説明図である。
【図２４】多関節ロボットの特異点を示す説明図である。
【図２５】従来のロボットの関節構造の不具合を示す説明図である。
【符号の説明】
１ロボット
５Ｒ，Ｌ腕部リンク
３６Ｒ，Ｌ肘関節（関節）
４２Ｒ，Ｌ上腕リンク（第１の主リンク）
４４Ｒ，Ｌ下腕リンク（第２の主リンク）
７０第１の可動リンク
７２（第１の実施の形態に係る）第２の可動リンク
７２ａ（第２の実施の形態に係る）第２の可動リンク
７６電動モータ（アクチュエータ）
８４第１のカバー
８６第２のカバー
８８第３のカバー
９０ピン（過回転防止機構）
９２ストッパ（過回転防止機構）
９４孔（過回転防止機構）
Ａ回転軸Ａ
Ｂ回転軸Ｂ
Ｃ回転軸Ｃ
Ｄ回転軸Ｄ

Claims

第１の主リンクと第２の主リンクを第１の可動リンクと第２の可動リンクを介して連結すると共に、前記第１の主リンクに配置されたアクチュエータで前記第１の可動リンクを駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させるロボットの関節構造において、前記第１の主リンクに回転軸Ａと回転軸Ｂを設けると共に、前記第２の主リンクに回転軸Ｃと回転軸Ｄを設け、前記回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを頂点とする四角形において対角する回転軸をそれぞれ回転軸Ａと回転軸Ｃ、回転軸Ｂと回転軸Ｄとしたとき、前記回転軸Ａと回転軸Ｃを前記第１の可動リンクを介して接続する一方、前記回転軸Ｂと回転軸Ｄを前記第２の可動リンクで接続して前記第１の可動リンクと第２の可動リンクを交差させて配置すると共に、前記回転軸Ａを前記アクチュエータで駆動し、よって前記第１の可動リンクを駆動して前記第１の主リンクと第２の主リンクを相対変位させ、さらに、前記第１の主リンクを互いに平行に配置された第１のプレートと第２のプレートとから構成し、前記第１の可動リンクを前記回転軸Ａを介して前記第１のプレートと前記第２のプレートとに回転自在に接続する一方、前記第２の可動リンクを前記回転軸Ｂを介して前記第１のプレートのみに回転自在に接続することを特徴とするロボットの関節構造。
前記回転軸Ａと回転軸Ｂを、それらに直交する面上において前記第１の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けたことを特徴とする請求項１項記載のロボットの関節構造。
前記回転軸Ｃと回転軸Ｄを、それらに直交する面上において前記第２の主リンクの長手方向と直交する同一直線上に離間して位置するように設けたことを特徴とする請求項１項または２項記載のロボットの関節構造。
前記第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかを、他方の可動リンクの回転軸と干渉しないように湾曲させたことを特徴とする請求項１項から３項のいずれかに記載のロボットの関節構造。
前記第１の可動リンクおよび第２の可動リンクの少なくともいずれかに、前記関節が所定の角度以上回転することを防止する過回転防止機構を設けたことを特徴とする請求項１項から４項のいずれかに記載のロボットの関節構造。
前記関節に、前記第１の主リンク、第１の可動リンク、第２の可動リンク、第２の主リンクおよびアクチュエータの外側を覆うカバーを設けると共に、前記カバーは、前記第１の主リンクとアクチュエータを覆う第１のカバーと、前記第２の主リンクを覆う第２のカバーと、前記第１のカバーと第２のカバーの間にスライド自在に介挿され、前記第１の可動リンクと第２の可動リンクを覆うと共に、前記関節の回転に伴って生じる前記第１のカバーと第２のカバーの間隙を被覆する第３のカバーから構成されることを特徴とする請求項１項から５項のいずれかに記載のロボットの関節構造。