JP4709948B2 - 運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニットに関する。

近年、医療用ロボット、家庭用サービスロボット、工場内での作業支援ロボット等、人と近い領域で動作するロボットへの期待が高まっている。このようなロボットでは、産業用ロボットとは異なり、人と接触した時の安全性確保が重要となる。接触時における衝撃を和らげるためには、接触点に作用する力を小さくする必要があることから、関節におけるトルクを制御し、ロボットアーム側から見て柔軟な関節とすることが必要となる。しかし、関節を駆動するアクチュエータを用いた力（トルク）制御では、応答周波数を無限に高めることはできず、高周波数領域の力が作用する場合（例えばロボットアームが人に衝突する場合）には対応することができない。通常、関節駆動にはモータと減速機の組み合わせが用いられており、ロボットアーム側から見た慣性は、モータ本来の慣性を減速比の自乗倍したものとなる。そのため、力制御が有効に作用しない状態では、極めて大きな力が接触点に作用することになるので、力制御のみに頼っていては十分な安全性を確保することができないことになる。

このような課題に対して、Ｓｅｒｉｅｓ ｅｌａｓｔｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒｓ（ＳＥＡ）と呼ばれる弾性体を介して、アクチュエータと負荷を接続する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記ＳＥＡは、アクチュエータによる制御ができない高周波数領域の力も弾性体の柔軟性により抑制されるので、常にアーム側から見て柔軟な関節が実現できる柔軟アクチュエータであり、より高い安全性が確保されるようになる。一方で、ＳＥＡでは弾性体を介して負荷と接続しているので、制御可能な周波数帯域は従来より低下することになる。このような欠点を補うために、高周波数用のアクチュエータを追加で備えるＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｍａｃｒｏ−ｍｉｎｉ ａｃｔｕａｔｉｏｎ（ＤＭ２）という方式（例えば、非特許文献１参照）、又は、弾性体の剛性を可変とするＶａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＶＳＴ）という方式（例えば、非特許文献２参照）なども提案されている。

米国特許５６５０７０４号公報

ＩＥＥＥ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ＆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌｕｍｅ １１，Ｉｓｓｕｅ ２の１２〜２１ページ，２００４年６月発行 ＩＥＥＥ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ＆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｖｏｌｕｍｅ １１，Ｉｓｓｕｅ ２の２２〜３３ページ，２００４年６月発行

柔軟性を保ちつつ動作効率を向上させるためには、変位に応じてポテンシャルエネルギーが増加する弾性構造体の力を、変速比が可変で逆入力可能な変速機を介して外部負荷と接続する構成を備えることが望ましいと考えられる。このような構成では、弾性構造体の発生力が任意の力に変換されて外部負荷と接続するとともに、動作方向によって駆動と回生が継ぎ目無く切り替えられるようになる。しかし、ロボットアームの関節駆動における揺動動作のような場合には、変速機に対して少ない変位で変速比が変化することが求められるとともに、力（トルク）／速度比の大きい出力の伝達が求められることになる。このような条件下では、無段変速機として一般的な摩擦式無段変速機を適用してアクチュエータを構成しても、変速比の変更のために必要なエネルギーが大きくなってしまうため、効率的な柔軟アクチュエータの実現は困難であった。

従って、本発明の目的は、かかる点に鑑み、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニットを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明によれば、ベース部材と、
前記ベース部材に対して直線的に往復移動可能に保持される直動構造体と、
前記直動構造体に設けられ、前記直動構造体の移動方向に略垂直に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
前記直動部材の端部に設けられ、前記直動構造体の移動方向と前記直動部材の移動方向との双方に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
前記ガイド保持部材と連結されて前記直動構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３個以上の変位発生機構と、
前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記直動構造体の変位速度間の変速比を変化させる制御装置とを備えることを特徴とする運動変換装置を提供する。

また、本発明によれば、ベース部材と、
前記ベース部材に対して回転可能に保持される回転構造体と、
前記回転構造体に設けられ、前記回転構造体の回転軸と略平行に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
前記直動部材の端部に設けられ、前記直動部材の移動方向に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
前記ガイド保持部材と連結されて前記回転構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３個以上の変位発生機構と、
前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記回転構造体の回転速度間の変速比を変化させる制御装置とを備えることを特徴とする運動変換装置を提供する。

さらに、本発明によれば、前記直動部材に、前記直動部材の変位に応じてポテンシャルエネルギーが変化する弾性機構を接続したことを特徴とする前記運動変換装置を用いた柔軟アクチュエータを提供する。

また、本発明によれば、関節部を介して連結された２つの腕の前記関節部に前記柔軟アクチュエータが配置され、
前記柔軟アクチュエータにより、前記２つの腕のうちの一方の腕に対して他方の腕が駆動される関節駆動ユニットを提供する。

よって、本発明によれば、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニットを得ることができる。すなわち、本発明によれば、直動部材に作用する力が、ガイド部材により構成されたガイド列に沿って傾きが変化する揺動部材の傾きの大きさに応じて、変速された状態で直動構造体に出力される。このため、変位発生機構によりガイド保持部材の変位を制御することで変速比を可変にすることができる。さらに、直動部材と直動構造体の出力は揺動部材の傾きに応じた比率で機械的に連動して動作する構成であり、損失要素を介さずに運動変換を行っているので、変換効率の向上も図れるようになる。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１Ａは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す斜視図であり、 図１Ｂは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す、図１ＡのＸ−Ｘ線断面図であり、 図１Ｃは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す、図１ＡのＹ−Ｙ線断面図であり、 図１Ｄは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す、図１ＢのＡ−Ａ線断面図であり、 図１Ｅは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す、図１ＣのＢ−Ｂ線断面図であり、 図１Ｆは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図１Ｇは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図１Ｈは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図１Ｉは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す斜視図であり、 図１Ｊは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの概略を示す、図１ＣのＣ−Ｃ線断面図であり、 図１Ｋは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図１Ｌは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータを複数個使用しかつ空圧タンクを共用した構成を示す図であり、 図２Ａは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータを用いた関節駆動ユニットの概略を示す斜視図であり、 図２Ｂは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータを用いた関節駆動ユニットの概略を示す正面図であり、 図２Ｃは、本発明の第１実施形態による直動アクチュエータを用いた関節駆動ユニットの概略を示す正面図であり、 図３Ａは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す正面図であり、 図３Ｂは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す上面図であり、 図３Ｃは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す正面断面図であり、 図３Ｄは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す、図３ＣのＡ−Ａ線断面図であり、 図３Ｅは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す、図３ＣのＢ−Ｂ線断面図であり、 図３Ｆは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの概略を示す、図３ＣのＣ−Ｃ線断面図であり、 図３Ｇは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図３Ｈは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図３Ｉは、本発明の第２実施形態による回転アクチュエータの駆動時の概略を示す断面図であり、 図４Ａは、本発明の第１実施形態における予圧機構の一例を示す図であり、 図４Ｂは、本発明の第１実施形態における支持部材付近の具体的な構成を示す拡大断面図であり、 図５は、本発明の第１実施形態によるピストン及び変速板の概略を示す斜視図であり、 図６Ａは、本発明の第１実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図であり、 図６Ｂは、本発明の第１実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図であり、 図６Ｃは、本発明の第１実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図であり、 図６Ｄは、本発明の第１実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図であり、 図７Ａは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、変位板３５ａ側の部分拡大図であり、 図７Ｂは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、図７Ａの状態での第２板状部材２５ｂ側の部分拡大図であり、 図７Ｃは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、変位板３５ａ側の部分拡大図であり、 図７Ｄは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、図７Ｃの状態での第２板状部材２５ｂ側の部分拡大図であり、 図７Ｅは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、変位板３５ａ側の部分拡大図であり、 図７Ｆは、本発明の第１実施形態における変速動作の概略を示す、図７Ｅの状態での第２板状部材２５ｂ側の部分拡大図であり、 図８Ａは、本発明の第１実施形態における力の釣り合いを示す図であり、 図８Ｂは、本発明の第１実施形態における力の釣り合いを示す図であり、 図８Ｃは、本発明の第１実施形態における力の釣り合いを示す図であり、 図９Ａは、本発明の第２実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図であり、 図９Ｂは、本発明の第２実施形態における変速板とカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との接触状態の一例を示す部分拡大図である。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、ベース部材と、
前記ベース部材に対して直線的に往復移動可能に保持される直動構造体と、
前記直動構造体に設けられ、前記直動構造体の移動方向に略垂直に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
前記直動部材の端部に設けられ、前記直動構造体の移動方向と前記直動部材の移動方向との双方に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
前記ガイド保持部材と連結されて前記直動構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３個以上の変位発生機構と、
前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記直動構造体の変位速度間の変速比を変化させる制御装置とを備えることを特徴とする運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、直動部材に作用する力が、ガイド部材により構成されたガイド列に沿って傾きが変化する揺動部材の傾きの大きさに応じて、変速された状態で直動構造体に出力されるので、変位発生機構によりガイド保持部材の変位を制御することで変速比を可変にすることができる。さらに、直動部材と直動構造体の出力は揺動部材の傾きに応じた比率で機械的に連動して動作する構成であり、損失要素を介さずに運動変換を行っているので、変換効率の向上も図れるようになる。従って、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置を得ることができる。

本発明の第２態様によれば、前記複数のガイド保持部材が、前記直動構造体の前記移動方向沿いに等間隔で設けられていることを特徴とする第１の態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、直動構造体の位置によらず、同一の制御手法で変位発生機構を動作させることができる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第３態様によれば、ベース部材と、
前記ベース部材に対して回転可能に保持される回転構造体と、
前記回転構造体に設けられ、前記回転構造体の回転軸と略平行に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
前記直動部材の端部に設けられ、前記直動部材の移動方向に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
前記ガイド保持部材と連結されて前記回転構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３以上の変位発生機構と、
前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記回転構造体の回転速度間の変速比を変化させる制御装置とを備えることを特徴とする運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、直動部材に作用する力が、ガイド部材により構成されたガイド列に沿って傾きが変化する揺動部材の傾きの大きさに応じて、変速された状態で回転構造体に出力されるので、変位発生機構によりガイド保持部材の変位を制御することで変速比を可変にすることができる。さらに、直動部材と回転構造体の出力は揺動部材の傾きに応じた比率で機械的に連動して動作する構成であり、損失要素を介さずに運動変換を行っているので、変換効率の向上も図れるようになる。従って、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置を得ることができる。

本発明の第４態様によれば、前記複数のガイド保持部材が、前記回転構造体の回転軸回りの円周上に等間隔に設けられていることを特徴とする第３の態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、回転構造体の回転角度によらず、同一の制御手法で変位発生機構を動作させることができる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第５態様によれば、前記直動部材の端部に設けられる前記揺動部材の数が複数であり、前記複数の揺動部材が、前記直動部材の前記移動方向沿いの中心軸に対して対称に配置されていることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、直動部材に作用する回転トルクが抑制されるので、直動部材の保持に用いる構成を簡略化することができるようになる。従って、より小型な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第６態様によれば、前記揺動部材と接触可能な前記ガイド部材の表面部が、前記ガイド保持部材に対して回転自在であることを特徴とする第１〜５のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、揺動部材とガイド部材が接触しながら相対運動する際の抵抗を小さくすることができる。従って、変換効率のより良い運動変換装置を得ることができる。

本発明の第７態様によれば、前記複数のガイド部材が、等間隔に前記ガイド保持部材に設けられていることを特徴とする第１〜６のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、直動部材の位置によらず、同一の制御手法で変位発生機構を動作させることができる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第８態様によれば、前記ガイド保持部材を、前記ガイド保持部材の前記移動方向の片側に押圧付勢する予圧機構をさらに設けることを特徴とする第１〜７のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、変位発生機構がガイド保持部材に作用させる力は一方向のみで十分となり、変位発生機構の構造を簡略化させることができるようになる。従って、より簡易な構造の運動変換装置を得ることができる。

このような構成によれば、変速比を変化させる際に揺動部材が隣接するガイド部材と干渉する状態を緩和することができるようになる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第９態様によれば、前記揺動部材における前記ガイド部材との接触面が、前記揺動部材の揺動中心軸を含む平面であることを特徴とする第１〜８のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、揺動部材が傾く際に接触面の中心が揺動中心軸からずれるのを抑制することができるようになる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１０態様によれば、前記揺動部材が、前記揺動部材の揺動中心軸に垂直な平面における断面形状において、前記ガイド部材との接触面側が広くなるテーパ部を備える形状であることを特徴とする第１〜９のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、揺動部材が傾いた際に、揺動部材の接触面と接触しないガイド保持部材の動作を妨げないようになる。従って、より変速比の制御が容易な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１１態様によれば、３個以上の前記変位発生機構により変位させられる互いに隣接する３個以上の前記ガイド保持部材のうちの一方の端部に位置する前記ガイド保持部材は、前記３個以上の前記ガイド保持部材以外で、かつ、前記３個以上の前記ガイド保持部材の他方の端部に位置する前記ガイド保持部材に隣接して位置する前記ガイド保持部材と同時に変位するように構成されていることを特徴とする第１〜１０のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、それぞれの変位発生機構により動作されるガイド保持部材の分布が一様となり、変位発生機構に対する負荷の平準化が図れるようになる。従って、変位発生機構の占める部分がより小型な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１２態様によれば、前記直動部材の端部に設けられる前記揺動部材の数が複数であり、前記複数の揺動部材が、一定の間隔もしくは一定の角度差をもって配置されているとともに、前記変位発生機構の動作に伴う前記ガイド保持部材の変位が、前記揺動部材の配置間隔もしくは配置角度差ごとに同一の変位となるように構成されていることを特徴とする第１〜１１のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、複数の揺動部材を用いながら、必要となる変位発生機構の数を最小にすることができるようになる。従って、変位発生機構の占める部分がより小型な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１３態様によれば、前記揺動部材と新たに接触しうる前記ガイド部材が同一の前記ガイド保持部材に複数存在する中で、最も前記直動部材の側に位置するガイド部材が前記揺動部材と接触するように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御するとともに、前記揺動部材の傾きを変化させるために前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材を変位させる際には、前記揺動部材と接触する前記ガイド部材の、接触面と逆方向への変位量が最小限となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御することを特徴とする第１〜１２のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、変位発生機構に対する逆入力を少なくできるので、変位発生機構がエネルギー回生機能を備えなくても、逆入力によるエネルギー損失を抑制できるようになる。従って、動作効率のより良い運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１４態様によれば、前記揺動部材と新たに接触しうる前記ガイド部材が同一の前記ガイド保持部材に複数存在する中で、接触時点で前記ガイド保持部材が自身のストロークの中心位置に最も近い位置に位置する前記ガイド部材が前記揺動部材と接触するように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御するとともに、前記揺動部材の傾きを変化させるために前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材を変位させる際には、前記ガイド保持部材の変位量が最小限となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御することを特徴とする第１〜１２のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、変位発生機構に必要となるストロークを抑制することができるようになる。従って、変位発生機構がより小型な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１５態様によれば、前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材の両側に位置するガイド保持部材が、同一の前記変位発生機構により動作するとき、前記揺動部材の相対運動方向にある前記ガイド保持部材の変位が目標位置となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御することを特徴とする第１〜１４のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を提供する。

このような構成によれば、変位発生機構の数が最小の構成においても効率よく変速比を変化できるようになる。従って、変位発生機構の占める部分がより小型な運動変換装置を得ることができる。

本発明の第１６態様によれば、前記直動部材に、前記直動部材の変位に応じてポテンシャルエネルギーが変化する弾性機構を接続したことを特徴とする第１〜１５のいずれか１つの態様に記載の運動変換装置を用いた柔軟アクチュエータを提供する。

このような構成によれば、弾性機構の発生力が任意の力に変換されて外部負荷と接続するとともに、動作方向によって駆動と回生が継ぎ目無く切り替えられるようになる。従って、柔軟性を保ちつつ動作効率の向上が図れる柔軟アクチュエータを得ることができる。

本発明の第１７態様によれば、前記弾性機構が圧縮性流体の圧力により加圧されるピストン・シリンダ機構であることを特徴とする第１６の態様に記載の柔軟アクチュエータを提供する。

このような構成によれば、圧縮性流体の量により弾性機構の弾性率の調整を容易に行えるようになる。従って、性能調整の容易な柔軟アクチュエータを得ることができる。

本発明の第１８態様によれば、第１７の態様に記載の柔軟アクチュエータを複数備え、 各柔軟アクチュエータに圧力を作用させる前記圧縮性流体が互いに共有される構成であることを特徴とする多軸柔軟アクチュエータを提供する。

このような構成によれば、圧縮性流体における圧力変動が平均化されるので、各柔軟アクチュエータの動作の連動性が低いほどピストン位置の変化に伴う圧縮性流体の圧力変動を小さくすることができ、性能のより安定した多軸柔軟アクチュエータを得ることができる。

本発明の第１９態様によれば、関節部を介して連結された２つの腕の前記関節部に第１６〜１８のいずれか１つの態様に記載の柔軟アクチュエータが配置され、
前記柔軟アクチュエータにより、前記２つの腕のうちの一方の腕に対して他方の腕が駆
動される関節駆動ユニットを提供する。

このような構成によれば、前記第１７〜１９のいずれか１つの態様に記載の柔軟アクチュエータにより駆動される関節駆動ユニットを構成することができて、前記柔軟アクチュエータの作用効果を奏することができる関節駆動ユニットを得ることができる。

以下、本発明の種々の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ、図１Ｉは、本発明にかかる第１実施形態の運動変換装置を用いた柔軟アクチュエータの一例としての直動アクチュエータ１の概要を示した斜視図である。図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線の断面図、図１Ｃは図１ＡのＹ−Ｙ線の断面図をそれぞれ示している。また、図１Ｄには図１ＢにおけるＡ−Ａ線の断面図、図１Ｅには図１ＣにおけるＢ−Ｂ線の断面図、図１Ｊには図１ＣにおけるＣ−Ｃ線の断面図を示している。さらに図１Ｆは、図１Ｂの断面図からシリンダ３２と、ピストン３３と、回転部材３４と、変速板３５ｂとを説明のために省略した図であり、図１Ｋは図１Ｆの断面を逆方向に見た断面図を示している。

図１Ａ〜図１Ｋにおいて、ベース部材の一例である直方体箱形状のフレーム１１の内部には、４本のガイドレール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが間隔をあけて平行に設けられている。

ガイドレール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄには、直動構造体の一例としての箱形部材１２が、直線的に往復移動自在に、具体的には図１Ｂの左右方向に往復移動自在となるように接続されている。また、箱形部材１２の一方の端部の大略中央部には、ロッド１３が箱形部材１２の軸方向沿いに固定されており、フレーム１１の一方の端板の大略中央部に設けられている貫通穴３６ａを通してフレーム１１の外部に露出し、箱形部材１２の動きがフレーム１１の外部に取り出せるようになっている。

さらに、ロッド１３の変位量は、フレーム１１の一方の端板の貫通穴３６ａの周囲に設けられたリニアエンコーダ３７ａにより計測されるようになっている。リニアエンコーダ３７ａとしては、磁歪式又は光学式等の方式が利用可能である。

箱形部材１２は、図１Ｃのフレーム１１内の左側に図示した２本のガイドレール１４ａ、１４ｂに接続された板状部材１２ａと、図１Ｃのフレーム１１内の右側に図示した２本のガイドレール１４ｃ、１４ｄに接続された板状部材１２ｂとを、図１Ｂのフレーム１１内の左右端部側に図示した２枚の板状部材１２ｃ、１２ｄで連結したような構造となっている。

そして、板状部材１２ａには、互いに平行な１６本の細長い矩形状の溝９０が図１Ｂの上下方向（箱形部材１２の移動方向に略垂直な方向）に形成されており、ガイド保持部材の一例としての１６本の棒状の支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐが、１６本の細長い矩形状の溝９０内で、図１Ｂの上下方向（箱形部材１２の移動方向に略垂直な方向）にそれぞれ往復移動自在に等間隔で保持されている。支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐの表面には、それぞれガイド部材の一例として、軸方向沿いに等間隔に配置された６個の円筒状のカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐでそれぞれ構成される１６個のカムフォロア状部材群Ｇ１６ａ、Ｇ１６ｂ、Ｇ１６ｃ、Ｇ１６ｄ、Ｇ１６ｅ、Ｇ１６ｆ、Ｇ１６ｇ、Ｇ１６ｈ、Ｇ１６ｉ、Ｇ１６ｊ、Ｇ１６ｋ、Ｇ１６ｌ、Ｇ１６ｍ、Ｇ１６ｎ、Ｇ１６ｏ、Ｇ１６ｐがそれぞれ接続されているとともに、その裏面にも、１個の円筒状のカムフォロア状部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ、１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｌ、１７ｍ、１７ｎ、１７ｏ、１７ｐがそれぞれ接続されている。なお、後述するように、カムフォロア状部材１７ｃ、１７ｆ、１７ｉ、１７ｌ、１７ｏは、それぞれの支持部材の上部に配置されており、後述する板状部材２５ａ，２６ａ，２８ａと接触可能としている。カムフォロア状部材１７ｂ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋ、１７ｎは、それぞれの支持部材の中央部に配置されており、後述する板状部材２５ｂ，２６ｂ，２８ｂと接触可能としている。カムフォロア状部材１７ａ、１７ｄ、１７ｇ、１７ｊ、１７ｍ、１７ｐは、それぞれの支持部材の下部に配置されており、後述する板状部材２５ｃ，２６ｃ，２８ｃと接触可能としている。また、カムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐは全て同一の直径で構成している。また、カムフォロア状部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ、１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｌ、１７ｍ、１７ｎ、１７ｏ、１７ｐも全て同一の直径で構成している。また、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ（１５ａ〜１５ｐ）のそれぞれに対して、前記支持部材１５ａ〜１５ｐの移動方向に間隔を開けながらカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐが設けられている。

図４Ｂに代表例を示すように、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐの表面のカムフォロア状部材群Ｇ１６ａ、Ｇ１６ｂ、Ｇ１６ｃ、Ｇ１６ｄ、Ｇ１６ｅ、Ｇ１６ｆ、Ｇ１６ｇ、Ｇ１６ｈ、Ｇ１６ｉ、Ｇ１６ｊ、Ｇ１６ｋ、Ｇ１６ｌ、Ｇ１６ｍ、Ｇ１６ｎ、Ｇ１６ｏ、Ｇ１６ｐにおける６個のそれぞれのカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ及び支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐの裏面のカムフォロア状部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ、１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｌ、１７ｍ、１７ｎ、１７ｏ、１７ｐは、それぞれが支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐに固定される円柱状の軸部９１と、各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材及び各カムフォロア状部材にそれぞれ内蔵されたニードルベアリング９４によって軸部９１に対して回転自在となる円筒状の外周部９２とで構成されており、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐに対してそれぞれ各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材及び各カムフォロア状部材の外周部９２が回転自在となる構成となっている。

板状部材１２ａと同様に、板状部材１２ｂには、互いに平行な１６本の細長い矩形状の溝９０が図１Ｂの上下方向に形成されており、ガイド保持部材の一例としての１６個の棒状の支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐが、１６本の細長い矩形状の溝９０内で、図１Ｂの上下方向に往復移動自在に等間隔で接続されている。支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐの表面には、それぞれガイド部材の一例として、軸方向沿いに等間隔に配置された６個の円筒状のカムフォロア状部材１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ、１９ｊ、１９ｋ、１９ｌ、１９ｍ、１９ｎ、１９ｏ、１９ｐでそれぞれ構成される１６個のカムフォロア状部材群Ｇ１９ａ、Ｇ１９ｂ、Ｇ１９ｃ、Ｇ１９ｄ、Ｇ１９ｅ、Ｇ１９ｆ、Ｇ１９ｇ、Ｇ１９ｈ、Ｇ１９ｉ、Ｇ１９ｊ、Ｇ１９ｋ、Ｇ１９ｌ、Ｇ１９ｍ、Ｇ１９ｎ、Ｇ１９ｏ、Ｇ１９ｐがそれぞれ接続されているともに、その裏面にも、１個の円筒状のカムフォロア状部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ、２０ｍ、２０ｎ、２０ｏ、２０ｐがそれぞれ接続されている。なお、後述するように、カムフォロア状部材２０ｃ、２０ｆ、２０ｉ、２０ｌ、２０ｏは、それぞれの支持部材の上部に配置されており、後述する板状部材２５ｄ，２６ｄ，２８ｄと接触可能としている。カムフォロア状部材２０ｂ、２０ｅ、２０ｈ、２０ｋ、２０ｎは、それぞれの支持部材の中央部に配置されており、後述する板状部材２５ｅ，２６ｅ，２８ｅと接触可能としている。カムフォロア状部材２０ａ、２０ｄ、２０ｇ、２０ｊ、２０ｍ、２０ｐは、それぞれの支持部材の下部に配置されており、後述する板状部材２５ｆ，２６ｆ，２８ｆと接触可能としている。また、カムフォロア状部材１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ、１９ｊ、１９ｋ、１９ｌ、１９ｍ、１９ｎ、１９ｏ、１９ｐは全て同一の直径で構成している。また、カムフォロア状部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ、２０ｍ、２０ｎ、２０ｏ、２０ｐも全て同一の直径で構成している。また、支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ（１８ａ〜１８ｐ）のそれぞれに対して、前記支持部材１８ａ〜１８ｐの移動方向に間隔を開けながらカムフォロア状部材１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ、１９ｊ、１９ｋ、１９ｌ、１９ｍ、１９ｎ、１９ｏ、１９ｐが設けられている。

図４Ｂに代表例を示すよう、支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐの表面のカムフォロア状部材群Ｇ１９ａ、Ｇ１９ｂ、Ｇ１９ｃ、Ｇ１９ｄ、Ｇ１９ｅ、Ｇ１９ｆ、Ｇ１９ｇ、Ｇ１９ｈ、Ｇ１９ｉ、Ｇ１９ｊ、Ｇ１９ｋ、Ｇ１９ｌ、Ｇ１９ｍ、Ｇ１９ｎ、Ｇ１９ｏ、Ｇ１９ｐにおける６個のそれぞれのカムフォロア状部材１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ、１９ｊ、１９ｋ、１９ｌ、１９ｍ、１９ｎ、１９ｏ、１９ｐ及び支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐの裏面のカムフォロア状部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ、２０ｍ、２０ｎ、２０ｏ、２０ｐは、それぞれが支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐに固定される円柱状の軸部９１と、各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材及び各カムフォロア状部材にそれぞれ内蔵されたニードルベアリング９４によって軸部９１に対して回転自在となる円筒状の外周部９２とで構成されており、支持部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐに対してそれぞれ各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材及び各カムフォロア状部材の外周部９２が回転自在な構成となっている。

板状部材１２ａ，１２ｂの各溝９０は各棒状の支持部材より長く、前記したように各棒状の支持部材が各溝９０内で長手方向に自在に移動可能となっている。また、各溝９０から各棒状の支持部材が脱落しないように、例えば、各溝９０の幅よりも、各カムフォロア状部材の直径を大きくし、かつ、各棒状の支持部材の表面側及び裏面側にカムフォロア状部材が配置されることにより、各棒状の支持部材は、長手方向とは直交する方向に溝９０から脱落しないように構成している。各溝９０から各棒状の支持部材が脱落しない構造としては、これに限られるものではなく、種々の構造を採用することができる。

表面側のカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ、１９ａ〜１９ｐ及び裏面側のカムフォロア状部材１７ａ〜１７ｐ、２０ａ〜２０ｐが、支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐに固定された軸部９１対して外周部９２が回転自在に接続されていることは、後述の変速板３５ａ、３５ｂ又は板状部材２５ａ〜２５ｆと接触しながら相対運動する際の抵抗を小さくできる点で望ましい。

もちろん、ガイド部材の一例としてのカムフォロア状部材の表面部材を回転自在に構成する方法はこれに限るものではなく、例えば支持部材に玉軸受の外輪を固定し、玉軸受の内輪に固定する棒状部材によりガイド部材一例としてのカムフォロア状部材を構成するようにしても、同様の作用及び効果を得ることができる。

また、各カムフォロア状部材群は、軸方向沿いに等間隔に配置された６個のカムフォロア状部材で構成されているが、これは、後述のピストン３３の位置が変化しても、後述の変速板３５ａ、３５ｂの周辺にあるカムフォロア状部材の間隔が変化しなくなるので、後述の制御コンピュータ１０１による制御を容易にできる点で望ましい。

さらに、支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐは、それぞれ、互いに独立して図１Ｂの上下方向に往復移動自在であるが、箱形部材１２との間に支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐを移動方向の片側に例えば下方向に押圧するバネ等の予圧機構を設けても良い。

この予圧機構の一例を図４Ａに示す。図４Ａでは、代表的に支持部材１５ａの周辺のみを拡大して示している。図４Ａにおいて、支持部材１５ａの上側端面と板状部材１２ａの溝９０の上側端面との間には、予圧機構の一例である圧縮バネ３８ａが縮装されている。図４Ａの状態のように、支持部材１５ａが溝９０内で最も下方に位置している状態でも、圧縮バネ３８ａが圧縮状態にあるように構成することで、支持部材１５ａには、圧縮バネ３８ａから、図４Ａの下方向への力が常時作用することになる。このように構成することで、重力方向に関係なく、支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐの位置を安定させることができるので望ましい。なお、予圧機構は圧縮バネに限るものではなく、同様の作用を実現するものであれば、あらゆる公知技術の組み合わせが利用可能である。また、この第１実施形態では、一つのカムフォロア状部材群は６個のカムフォロア状部材で構成されているが、これに限る物ではない。

また、フレーム１１には、箱形部材１２に対して前記支持部材１５ａ〜１５ｐ；１８ａ〜１８ｐの一部を相対変位させる変位発生機構の一例としての３個の直動移動機構、すなわち、第１、第２、第３直動移動機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃが、図１Ｃの上下方向に沿ってフレーム１１に固定されたガイドレール２１ａを用いて接続されている。同様に、変位発生機構の一例としての別の３個の直動移動機構、すなわち、第４、第５、第６直動移動機構２２ｄ、２２ｅ、２２ｆが、図１Ｃの上下方向に沿ってフレーム１１に固定されたガイドレール２１ｂを用いて接続されている。

第１直動移動機構２２ａは、図１Ｊに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に固定された第１モータ２３ａと、第１モータ２３ａの回転軸に連結されて第１モータ２３ａの駆動により正逆回転する第１送りねじ２４ａと、第１送りねじ２４ａがねじ込まれて貫通して第１送りねじ２４ａの正逆回転に伴ってガイドレール２１ａ上を上下方向に往復移動する第１板状部材２５ａと、第１板状部材２５ａの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第１板状部材２６ａと、第１板状部材２６ａの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ａ（図１Ｉ参照）と、第１板状部材２５ａの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第１板状部材２８ａと、第１板状部材２８ａの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ａ（図１Ｉ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ａは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ａに移動可能に挿入されている。同様にカムフォロア状部材２９ａは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３１ａに移動可能に挿入されている。

第１直動移動機構２２ａと同様に、第２直動移動機構２２ｂは、図１Ｊに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に第１モータ２３ａに隣接して固定された第２モータ２３ｂと、第２モータ２３ｂの回転軸に連結されて第２モータ２３ｂの駆動により正逆回転する第２送りねじ２４ｂと、第１板状部材２５ａの下方に配置されかつ第２送りねじ２４ｂがねじ込まれて貫通して第２送りねじ２４ｂの正逆回転に伴ってガイドレール２１ａ上を上下方向に往復移動する第２板状部材２５ｂと、第１板状部材２６ａの下方に配置されかつ第２板状部材２５ｂの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第２板状部材２６ｂと、第２板状部材２６ｂの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ｂ（図１Ｉ参照）と、第１板状部材２８ａの下方に配置されかつ第２板状部材２５ｂの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている板状部材２８ｂ（図１Ｃ参照）と、第２板状部材２８ｂの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ｂ（図１Ｉ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ｂ及びカムフォロア状部材２９ｂは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ｂ、３１ｂにそれぞれ移動可能に挿入されている。また、第２送りねじ２４ｂは、第２送りねじ２４ｂの外径より大きな穴径の第１板状部材２５ａの貫通穴を貫通して、第２送りねじ２４ｂの正逆回転により第１板状部材２５ａは移動しないようにしている。

さらに第２直動移動機構２２ａと同様に、第３直動移動機構２２ｃは、図１Ｊに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に第２モータ２３ｂに隣接して固定された第３モータ２３ｃと、第３モータ２３ｃの回転軸に連結されて第３モータ２３ｃの駆動により正逆回転する第３送りねじ２４ｃと、第２板状部材２５ｂの下方に配置されかつ第３送りねじ２４ｃがねじ込まれて貫通して第３送りねじ２４ｃの正逆回転に伴ってガイドレール２１ａ上を上下方向に往復移動する第３板状部材２５ｃと、第２板状部材２６ｂの下方に配置されかつ第３板状部材２５ｃの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第３板状部材２６ｃと、第３板状部材２６ｃの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ｃ（図１Ｉ参照）と、第２板状部材２８ｂの下方に配置されかつ第３板状部材２５ｃの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第３板状部材２８ｃ（図１Ｃ参照）と、第３板状部材２８ｃの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ｃ（図１Ｉ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ｃ及びカムフォロア状部材２９ｃは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ｃ、３１ｃにそれぞれ移動可能に挿入されている。また、第３送りねじ２４ｃは、第３送りねじ２４ｃの外径よりそれぞれ大きな穴径の第１、第２板状部材２５ａ、２５ｂの貫通穴を貫通して、第３送りねじ２４ｃの正逆回転により第１、第２板状部材２５ａ、２５ｂは移動しないようにしている。

また、第４直動移動機構２２ｄは、図１Ｅに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に固定された第４モータ２３ｄと、第４モータ２３ｄの回転軸に連結されて第４モータ２３ｄの駆動により正逆回転する第４送りねじ２４ｄと、第４送りねじ２４ｄがねじ込まれて貫通して第４送りねじ２４ｄの正逆回転に伴ってガイドレール２１ｂ上を上下方向に往復移動する第４板状部材２５ｄと、第４板状部材２５ｄの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第４板状部材２６ｄと、第４板状部材２６ｄの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ｄ（図１Ａ参照）と、第４板状部材２５ｄの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第４板状部材２８ｄと、第４板状部材２８ｄの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ｄ（図１Ａ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ｄは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ｄに移動可能に挿入されている。同様にカムフォロア状部材２９ｄは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３１ｄに移動可能に挿入されている。

第４直動移動機構２２ｄと同様に、第５直動移動機構２２ｅは、図１Ｅに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に第４モータ２３ｄに隣接して固定された第５モータ２３ｅと、第５モータ２３ｅの回転軸に連結されて第５モータ２３ｅの駆動により正逆回転する第５送りねじ２４ｅと、第４板状部材２５ｄの下方に配置されかつ第５送りねじ２４ｅがねじ込まれて貫通して第５送りねじ２４ｅの正逆回転に伴ってガイドレール２１ｂ上を上下方向に往復移動する第５板状部材２５ｅと、第４板状部材２６ｄの下方に配置されかつ第５板状部材２５ｅの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第５板状部材２６ｅと、第５板状部材２６ｅの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ｅ（図１Ａ参照）と、第４板状部材２８ｄの下方に配置されかつ第５板状部材２５ｅの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第５板状部材２８ｅと、第５板状部材２８ｅの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ｅ（図１Ａ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ｅ及びカムフォロア状部材２９ｅは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ｅ、３１ｅにそれぞれ移動可能に挿入されている。また、第５送りねじ２４ｅは、第５送りねじ２４ｅの外径より大きな穴径の第４板状部材２５ｄの貫通穴を貫通して、第５送りねじ２４ｅの正逆回転により第４板状部材２５ｄは移動しないようにしている。

さらに第４直動移動機構２２ｄと同様に、第６直動移動機構２２ｆは、図１Ｅに示すように、フレーム１１の上端面の中央部に第５モータ２３ｅに隣接して固定された第６モータ２３ｆと、第６モータ２３ｆの回転軸に連結されて第６モータ２３ｆの駆動により正逆回転する第６送りねじ２４ｆと、第５板状部材２５ｅの下方に配置されかつ第６送りねじ２４ｆがねじ込まれて貫通して第６送りねじ２４ｆの正逆回転に伴ってガイドレール２１ｂ上を上下方向に往復移動する第６板状部材２５ｆと、第５板状部材２６ｅの下方に配置されかつ第６板状部材２５ｆの図１Ｅの左側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第６板状部材２６ｆと、第６板状部材２６ｆの図１Ｅの左側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２７ｆ（図１Ａ参照）と、第５板状部材２８ｅの下方に配置されかつ第６板状部材２５ｆの図１Ｅの右側方向の端部にヒンジにより回転自在に接続されている第６板状部材２８ｆと、第６板状部材２８ｆの図１Ｅの右側方向の端部に固定されたカムフォロア状部材２９ｆ（図１Ａ参照）とで構成されている。さらに、カムフォロア状部材２７ｆ及びカムフォロア状部材２９ｆは、フレーム１１に設けられた、箱形部材１２の移動方向（図１Ｄ及び図１Ｅでは左右方向）に長い長穴形状の貫通穴３０ｆ、３１ｆにそれぞれ移動可能に挿入されている。また、第６送りねじ２４ｆは、第６送りねじ２４ｆの外径より大きな穴径の第４、第５板状部材２５ｄ、２５ｅの貫通穴を貫通して、第６送りねじ２４ｆの正逆回転により第４、第５板状部材２５ｄ、２５ｅは移動しないようにしている。

第１、第２、第３直動移動機構２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、それぞれにおける第１、第２、第３板状部材２５ａ、２５ｂ、２５ｃの上下方向の移動範囲は互いに重ならないように構成されている。第１、第２、第３板状部材２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び第１、第２、第３板状部材２８ａ、２８ｂ、２８ｃも同様に上下方向の移動範囲は互いに重ならないように構成されている。また、箱形部材１２が往復移動する際に、第１板状部材２５ａ，２６ａ，２８ａにはカムフォロア状部材１７ｃ、１７ｆ、１７ｉ、１７ｌ、１７ｏがそれぞれ接触し、第２板状部材２５ｂ，２６ｂ，２８ｂにはカムフォロア状部材１７ｂ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋ、１７ｎがそれぞれ接触し、第３板状部材２５ｃ，２６ｃ，２８ｃにはカムフォロア状部材１７ａ、１７ｄ、１７ｇ、１７ｊ、１７ｍ、１７ｐがそれぞれ接触するように構成されている。

同様に、第４、第５、第６直動移動機構２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは、それぞれにおける第４、第５、第６板状部材２５ｄ、２５ｅ、２５ｆの上下方向の移動範囲が互いに重ならないように構成されている。第４、第５、第６板状部材２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ及び第４、第５、第６板状部材２８ｄ、２８ｅ、２８ｆも同様に上下方向の移動範囲は互いに重ならないように構成されている。また、箱形部材１２が往復移動する際に、第４板状部材２５ｄ，２６ｄ，２８ｄにはカムフォロア状部材２０ｃ、２０ｆ、２０ｉ、２０ｌ、２０ｏがそれぞれ接触し、第５板状部材２５ｅ，２６ｅ，２８ｅにはカムフォロア状部材２０ｂ、２０ｅ、２０ｈ、２０ｋ、２０ｎがそれぞれ接触し、第６板状部材２５ｆ，２６ｆ，２８ｆにはカムフォロア状部材２０ａ、２０ｄ、２０ｇ、２０ｊ、２０ｍ、２０ｐがそれぞれ接触するように構成されている。

さらに、フレーム１１の上端面の中央部の図１Ｂ及び図１Ｃにおける上側には、シリンダ３２及びシリンダ３２内のピストン３３のピストンロッド３３ａの周囲に配置されたリニアエンコーダ３７ｂが固定されている。シリンダ３２の内部には、直動部材の一例であるピストン３３が図１Ｂ及び図１Ｃの上下方向（フレーム１１に対して、支持部材１５ａ〜１５ｐ；１８ａ〜１８ｐの移動方向に略平行な方向）に往復移動自在に設けられている。ピストン３３すなわちピストンロッド３３ａの変位量は、リニアエンコーダ３７ｂにより計測されるようになっている。リニアエンコーダ３７ｂとしては、磁歪式又は光学式等の方式が利用可能である。ピストン３３には、図１Ａに示すように、シリンダ３２に接続された空圧タンク２０１内の圧縮性流体の一例としての高圧気体によって、図１Ｂの下方向への力（以後、「駆動力」と称する）が作用するようになっている。このように、シリンダ３２とピストン３３とによって、ピストン３３の変位に応じてポテンシャルエネルギーが変化する弾性機構の一例としてのピストン・シリンダ機構を構成している。また、ピストン３３のピストンロッド３３ａは、フレーム１１に設けられている貫通穴３６ｂを通してフレーム１１の内部に挿入されている。さらに、ピストンロッド３３ａの下端近くには、回転部材３４が、ベアリング（図示せず）を介して、ピストンロッド３３ａに対して回転自在に接続されている。回転部材３４の両端には、揺動部材の一例としての、台形板状部材でそれぞれ構成される変速板３５ａ、３５ｂが固定され、回転部材３４と変速板３５ａ、３５ｂとが同期して一体的に回転する（箱形部材１２の移動方向とピストン３３の移動方向との双方に略垂直な軸回りに揺動する）ようになっている。すなわち、変速板３５ａ、３５ｂは、ピストン３３のピストンロッド３３ａの端部に設けられ、前記箱形部材１２の移動方向と前記ピストン３３の移動方向との双方に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ；１９ａ〜１９ｐの一部と接触するように配置されている。ピストン３３と、回転部材３４と、変速板３５ａ、３５ｂとの概略については、図５にも斜視図で示している。そして、変速板３５ａ、３５ｂの図１Ｂにおける下面は、回転部材３４の中心軸を含む平面となっている。このように構成することで、変速板３５ａ、３５ｂが傾くときに、変速板３５ａ、３５ｂの図１Ｂにおける下面において、傾き以外の変位成分が発生しなくなるので望ましい。一方の変速板３５ａの下面は、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐのうちの一部のカムフォロア状部材（例えば図１Ｆの状態ではカムフォロア状部材１６ｈ、１６ｉ）に、前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力により押圧されるようになっている。同様に、他方の変速板３５ｂの下面は、カムフォロア状部材１９ａ〜１９ｐのうちの一部のカムフォロア状部材（例えば図１Ｋの状態ではカムフォロア状部材１９ｈ、１９ｉ）に、前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力により押圧されるようになっている。ところで、変速板３５ａ、３５ｂの形状は、図１Ｆ及び図１Ｋの上方向側が下面側に対して狭くなる台形形状の部材である。言い換えれば、変速板３５ａ、３５ｂの揺動中心軸に垂直な平面における断面形状において、カムフォロア状部材との接触面側が広くなるテーパ部を備える形状に構成している。このような形状とすることで、図１Ｇのように変速板３５ａ、３５ｂが傾いた場合にも、変速板３５ａ、３５ｂの側面が、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ、１９ａ〜１９ｐとの接触面となる変速板３５ａ、３５ｂの下面より図１Ｆ及び図１Ｋの左右両側にはみ出さないようになるので、変速板３５ａ、３５ｂの下面と接触しないカムフォロア状部材の変位が妨げられることが無くなり、望ましい。

また、変速板３５ａ、３５ｂの幅（図１Ｆ及び図１Ｋの左右方向の寸法）は、｛（隣り合うカムフォロア状部材群のカムフォロア状部材同士の中心間距離×３）−（カムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の直径）｝となっており、図１Ｂの場合のように変速板３５ａ、３５ｂが水平の状態において箱形部材１２が移動する際に、変速板３５ａ、３５ｂのそれぞれの下面が、常時２〜３個のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材と接触する幅となっている。例えば図１Ｆの部分拡大図である図６Ａの状態では、変速板３５ａの下面が２つのカムフォロア状部材群Ｇ１６ｈ，Ｇ１６ｉにおけるカムフォロア状部材１６ｈ，１６ｉと接触している。これに対して、箱形部材１２が右方向に移動して図６Ｃのような状態となった場合には、３つのカムフォロア状部材群Ｇ１６ｈ，Ｇ１６ｉ，Ｇ１６ｊにおけるカムフォロア状部材１６ｈ，１６ｉ，１６ｊと接触するようになる。

また、複数の変位発生機構２２ａ〜２２ｆの動作を制御することで、ピストン３３の変位速度と箱形部材１２の変位速度間の変速比を変化させる制御装置の一例としての制御コンピュータ１０１が、第１〜第６直動移動機構２２ａ〜２２ｆにおける第１〜第６モータ２３ａ〜２３ｆ及びリニアエンコーダ３７ａ、３７ｂにそれぞれ接続されている。制御コンピュータ１０１により制御される第１〜第６モータ２３ａ〜２３ｆの駆動動作に伴い、第１〜第６送りねじ２４ａ〜２４ｆがそれぞれ独立して正逆回転し、第１〜第６板状部材２５ａ〜２５ｆの位置がそれぞれ独立して変化するようになる。この制御コンピュータ１０１は、第１〜第６直動移動機構２２ａ〜２２ｆの動作を制御することで、前記ピストン３３の変位速度と前記箱形部材１２の変位速度間の変速比を変化させることができるものである。第１〜第６板状部材２５ａ〜２５ｆの変位に伴って、カムフォロア状部材１７ａ〜１７ｐと接続された支持部材１５ａ〜１５ｐの一部の支持部材（例えば、図１Ｂの状態では支持部材１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ）と、カムフォロア状部材２０ａ〜２０ｐと接続された支持部材１８ａ〜１８ｐの一部の支持部材（例えば図１Ｂの状態では支持部材１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ）が連動して変位することになる。支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐの変位は、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ、１９ａ〜１９ｐを介して変速板３５ａ、３５ｂに作用し、変速板３５ａ、３５ｂの位置又は角度が変化することになる。例えば、変速板３５ａの周辺が図７Ａ及び図７Ｂのような状態（隣接する４個のカムフォロア状部材群Ｇ１６ｇ，Ｇ１６ｈ，Ｇ１６ｉ，Ｇ１６ｊのカムフォロア状部材１６ｇ，１６ｈ，１６ｉ，１６ｊが上下方向で同じ高さの位置に位置している状態）にあるときに、第２モータ２３ｂが回転して第２送りねじ２４ｂの回転により第２板状部材２５ｂが上方に変位すると（図７Ｄ参照）、第２板状部材２５ｂによる押し上げにより、第２板状部材２５ｂの上面に近接又は接触していたカムフォロア状部材１７ｈも第２板状部材２５ｂと共に上方に変位し、カムフォロア状部材１７ｈと裏面で連結されている支持部材１５ｈと、支持部材１５ｈの表面のカムフォロア状部材１６ｈも同様に上方に変位することになる。その結果、変位板３５ａは、図７Ｃに示すように傾きつつ上方に移動し、図７Ｃ及び図７Ｄの状態となる。

次に、制御コンピュータ１０１の制御の下で行われる、この直動アクチュエータ１の作用を説明する。

直動アクチュエータ１は図１Ｃの方向から見た場合に中心軸に対して左右対称な構造をしているので、以降の説明では、図１Ｃの左側に当たる図１Ｆ等に記載の参照符号を用いて作用を説明し、図１Ｃの右側に当たる部分については、対応する参照符号を括弧内に記載することで説明を省略する。

直動アクチュエータ１のロッド１３に作用する力（以後、「発生力」と称する）は、前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力と、変速板３５ａ、３５ｂの傾きの大きさによって決定される。すなわち、図１Ｆ、図６Ａ、及び図６Ｃのように変速板３５ａ（３５ｂ）が図１Ｆ、図６Ａ、及び図６Ｃにおいて水平な状態では、変速板３５ａ（３５ｂ）に作用する前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力は、カムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）と、カムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）と、支持部材１５ｈ（１８ｈ）と、支持部材１５ｉ（１８ｉ）と、第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）と、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）とを経てフレーム１１において保持され、ロッド１３における発生力は０となる。このときの力の状態は図８Ａのように表される。

一方、図１Ｇ及び図６Ｂのように、変速板３５ａ（３５ｂ）が前記水平状態から傾いている傾斜状態（例えば、図１Ｇでは、変速板３５ａの右端が下方にかつ左端が上方になるように左上方向に傾斜した状態）になった場合には、変速板３５ａ（３５ｂ）とカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）及びカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）との接触点において横方向（例えば、図１Ｇでは左方向）への力が働くことになる。カムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）、１６ｉ（１９ｉ）に作用する下方向への力については、前記水平状態と同様に支持部材１５ｈ（１８ｈ）と、支持部材１５ｉ（１８ｉ）と、第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）と、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）とを経てフレーム１１によって支えられることになるが、カムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）とカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）とに作用する左方向への力については、支持部材１５ｈ（１８ｈ）と支持部材１５ｉ（１８ｉ）と箱形部材１２とを経てロッド１３に出力されることになる。摺動等による損失を無視した静的な場合だと、この左方向への力は、空圧タンク２０１内の圧縮性流体の一例としての高圧気体によりピストン３３に作用する駆動力と、変速板３５ａ（３５ｂ）の水平状態からの角度変化に対する正接との積で表される。このときの力の状態は、図８Ｂのように表される。また、図６Ｄのように、図６Ｂの状態よりも変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きが小さい状態の場合には、力の状態は、図８Ｃのように表されることになり、ロッド１３における発生力が小さくなる。

以上のことから、制御コンピュータ１０１が、ロッド１３から出力したい力に対応した傾き角度に、変速板３５ａ、３５ｂが傾斜するように、第１モータ２３ａ〜第６モータ２３ｆをそれぞれ駆動させることで、直動アクチュエータ１の力制御が可能となる。

また、制御コンピュータ１０１の制御が及ばない高周波数帯域の外乱に対しても、シリンダ３２の弾性によって柔軟性が保たれるので、直動アクチュエータ１は接触に対して安全な柔軟アクチュエータとなる。

ところで、図１Ｇにおいて、ロッド１３が左方向に移動するような状況に直動アクチュエータ１がある場合、直動アクチュエータ１は、直動アクチュエータ１の外部に対して仕事を行っていることになる。すなわち、制御コンピュータ１０１が第１（第４）モータ２３ａ（２３ｄ）及び第２（第５）モータ２３ｂ（２３ｅ）の駆動を静止させている場合、ロッド１３が左方向に移動するに従って、変速板３５ａ（３５ｂ）はカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）及びカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）の表面を滑り、ピストン３３は図１Ｇの下方向に移動するようになる。このとき、シリンダ３２及び空圧タンク２０１より失われるエネルギーによって、直動アクチュエータ１は、直動アクチュエータ１の外部に対して仕事を行うことになる。

逆に、図１Ｇにおいて、ロッド１３が右方向に移動するような状況に直動アクチュエータ１がある場合、直動アクチュエータ１は、直動アクチュエータ１の外部から仕事をされることになる。すなわち、制御コンピュータ１０１が第１（第４）モータ２３ａ（２３ｄ）及び第２（第５）モータ２３ｂ（２３ｅ）の駆動を静止させている場合、ロッド１３が右方向に移動するに従って、変速板３５ａ（３５ｂ）はカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）及びカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）の表面を滑り、ピストン３３は図１Ｇの上方向に移動するようになる。このとき、直動アクチュエータ１の外部が直動アクチュエータ１にした仕事により、シリンダ３２及び空圧タンク２０１にエネルギーが蓄えられることになる。

このように、直動アクチュエータ１は、直動アクチュエータ１の外部に対して仕事をするだけでなく、直動アクチュエータ１の外部からの仕事により直動アクチュエータ１の内部にエネルギーを蓄える回生動作が行えることになる。よって、回生の行えないアクチュエータに比べて、前記第１実施形態の直動アクチュエータ１は、動作効率の向上を図ることができるようになる。言い換えれば、前記第１実施形態の直動アクチュエータ１は、従来の下記の課題をも解決することができるものである。

すなわち、前記ＳＥＡ、ＤＭ２、及び、ＶＳＴ等の柔軟アクチュエータでは、弾性体を介してロボットアームとモータを接続することで、モータ側の慣性の影響を、ロボットアーム側からの入力に対して大幅に低減することを目指している。このことを逆に考えると、ロボットアーム側から入力されたエネルギーは、ダイレクトにモータ側には伝わらない構成ということになり、電気的にエネルギーの回生を行うのは困難ということになる。

人と近い領域で動作するロボットでは、人との協調作業又は物を下ろす動作等、柔軟アクチュエータの外部から仕事が為される機会も多くなる。しかし、従来のエネルギーの回生を行えない柔軟アクチュエータでは、柔軟アクチュエータの外部から仕事が為される状態でも、アクチュエータ側はエネルギーを消費することになり、動作全体における効率が大きく悪化するという課題を有する。

これに対して、前記したように、前記第１実施形態の直動アクチュエータ１は、動作効率の向上を図ることができるようになり、前記課題を解決することができる。

次に、直動アクチュエータ１の動作時における制御コンピュータ１０１の動作について説明する。この第１実施形態では、カムフォロア状部材群としてＧ１６ａ〜Ｇ１６ｐ（Ｇ１９ａ〜Ｇ１９ｐ）の片側１６列を用いているが、変速板３５ａ（３５ｂ）と接触するのは常時２〜３個のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材である。逆に言うと、制御コンピュータ１０１は、変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きがこれを満たす範囲となるように動作することになる。具体的には、変速板３５ａ（３５ｂ）の幅の余弦が（隣り合うカムフォロア状部材群のカムフォロア状部材間の中心間距離×２）より大きくなる範囲である。このような条件においては、最小限必要となる直動移動機構は３個ということになる。箱形部材１２が静止している状態では、２〜３個の直動移動機構を動作させることで変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きを変化させ、ロッド１３における発生力を制御することができる。制御コンピュータ１０１が、図１Ｆ、図７Ａ及び図７Ｂの状態から第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）及び第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）を動作させ、図１Ｇ、図７Ｃ及び図７Ｄの状態にしたとき、箱形部材１２には図１Ｇの左方向への力が作用することになる。これにより、箱形部材１２が左方向に移動すると、変速板３５ａ（３５ｂ）はカムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）に接触するようになる。変速板３５ａ（３５ｂ）がカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）及びカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）のみと接触している状態では、第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）によりカムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）は自由に変位することができるので、制御コンピュータ１０１は、図１Ｇの状態のように、カムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）を変速板３５ａ（３５ｂ）が滑らかに接触できる位置（例えば、カムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）を変速板３５ａ（３５ｂ）の下面の延長面上よりも若干下方の位置（目標位置））に予め移動させるように制御する。そして、そのまま、箱形部材１２が左方向に移動していくと、図１Ｈの状態となり、変速板３５ａ（３５ｂ）はカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）及びカムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）のみと接触するようになるので、今度は第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）によりカムフォロア状部材１６ｋ（１９ｋ）を自由に変位させることができるようになる。一方、直動アクチュエータ１に外部から仕事が為され、図１Ｇの状態で箱形部材１２が右方向に移動するような場合には、カムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）の代わりにカムフォロア状部材１６ｇ（１９ｇ）に対して変速板３５ａ（３５ｂ）が滑らかに接触できるように制御コンピュータ１０１は、第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）を動作させることになる。カムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）とカムフォロア状部材１６ｇ（１９ｇ）のどちらの位置制御を優先させるかは、箱形部材１２の移動方向により判定することができる。すなわち、箱形部材１２が図１Ｇの左方向へ移動する場合には、制御コンピュータ１０１は、カムフォロア状部材１６ｇ（１９ｇ）よりもカムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）の位置を優先的に制御し、箱形部材１２が図１Ｇの左方向へ移動する場合には、制御コンピュータ１０１は、カムフォロア状部材１６ｊ（１９ｊ）よりもカムフォロア状部材１６ｇ（１９ｇ）の位置を優先的に制御するように動作する。このように、箱形部材１２の変位に応じて順次カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ（１９ａ〜１９ｐ）の変位及び変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きを制御コンピュータ１０１及び第１〜第６直動移動機構２２ａ〜２２ｆにより変化させ、ロッド１３に作用する発生力を目標値に制御していくことで、連続的に直動アクチュエータ１を動作させることができるようになる。もちろん、直動アクチュエータ１のロッド１３における発生力は図１Ｇの左方向に限るものではなく、図１Ｇとは逆の傾斜状態（変速板３５ａの左端が下方にかつ右端が上方になるように右上方向に傾斜した状態）とすることで、直動アクチュエータ１のロッド１３における発生力を図１Ｇの右方向にすることもできる。

ところで、制御コンピュータ１０１が第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）を動作させる際の制御方法として、変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きを変化させる場合には、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）に対するピストン３３からの逆入力が最小限となるように動作させることが、エネルギー効率の点で望ましい。これは、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）がエネルギー回生を行えない限り、ピストン３３が第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）になす仕事、すなわち、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）への逆入力は損失と同じになるからである。具体的な動作としては、図１Ｆの状態から図１Ｇの状態に変速板３５ａ（３５ｂ）を傾ける場合、図１Ｇにおいて下方側になるカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）が可能な限り下方に動作しないようにすることが望ましい。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂの状態から図７Ｃ及び図７Ｄの状態への変化のように、変速板３５ａ（３５ｂ）を傾ける際に上方側になるカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）に対応する支持部材１５ｈ（１８ｈ）のストローク範囲及びカムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）に対応する第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）の性能の許す限り、カムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）に対応する第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）を静止若しくは図１Ｇの上方に移動させるようにする。このようにすることで、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）に対するピストン３３からの逆入力を最小限にすることができる。また、このような動作をより有効に働かせるためには、支持部材１５ａ（１８ａ）〜１５ｐ（１８ｐ）が図１Ｇの上方へストロークしやすくする必要があるので、箱形部材１２の移動に伴って新規にカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ（１９ａ〜１９ｐ）を変速板３５ａ（３５ｂ）に接触させる場合には、そのカムフォロア状部材群に含まれる中で可能な限り図１Ｇの上方にあるカムフォロア状部材が変速板３５ａ（３５ｂ）に接触するように制御コンピュータ１０１が第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）を制御するのが望ましい。

また、制御コンピュータ１０１が第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）を動作させる際の別の制御方法として、変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きを変化させる場合には、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）の変位が最小限となるように動作させるのが、低速な直動移動機構を利用可能な点で望ましい。具体的な動作としては、図１Ｆの状態から図１Ｇの状態に変速板３５ａ（３５ｂ）を傾ける場合、図７Ａ及び図７Ｂの状態から図７Ｃ及び図７Ｄの状態への変化のように、カムフォロア状部材１６ｈ（１９ｈ）の上方への移動量とカムフォロア状部材１６ｉ（１９ｉ）の下方への移動量が等しくなるように、第２（第５）直動移動機構２２ｂ（２２ｅ）及び第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）を動作させることが望ましい。このようにすることで、第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）に要求される速度を最小限にすることができる。また、このような動作をより有効に働かせるためには、支持部材１５ａ（１８ａ）〜１５ｐ（１８ｐ）が必要に応じて図１Ｇの上下両方向へストロークする必要があるので、箱形部材１２の移動に伴って新規にカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ（１９ａ〜１９ｐ）を変速板３５ａ（３５ｂ）に接触させる場合には、そのカムフォロア状部材群に含まれるカムフォロア状部材の内、対応する支持部材１５ａ（１８ａ）〜１５ｐ（１８ｐ）がストローク範囲の中央に最も近くなるカムフォロア状部材が接触するように、制御コンピュータ１０１が第１（第４）直動移動機構２２ａ（２２ｄ）〜第３（第６）直動移動機構２２ｃ（２２ｆ）を制御するのが望ましい。

なお、この第１実施形態では、変速板３５ａ（３５ｂ）に接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数を２〜３個としているが、これに限るものではなく、直動移動機構の数に応じて、変速板３５ａ（３５ｂ）に接触するカムフォロア状部材の数を増加させても良い。接触させられるカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の最大数は、変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きを変化させるためには直動移動機構の数と等しくする必要があるが、最小数は２で良いので、接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の最大数を増加させることは変速板３５ａ（３５ｂ）に許容される傾きを増加させられる点で望ましい。逆に、変速板に接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数を２〜３個に抑えることは、直動移動機構の数を最小限にできる点で望ましい。しかし、変速板３５ａ（３５ｂ）の傾きが増加する場合には、カムフォロア状部材群に含まれるカムフォロア状部材同士の間隔が十分に広くないと、変速板３５ａ（３５ｂ）が隣り合うカムフォロア状部材の両方に接触してしまうようになる。このような状況を防ぐために、カムフォロア状部材群Ｇ１６ａ〜Ｇ１６ｐ、Ｇ１９ａ〜Ｇ１９ｐに含まれるカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ、１９ａ〜１９ｐ間の間隔が伸長若しくは分離可能なように、支持部材１５ａ〜１５ｐ、１８ａ〜１８ｐを変形若しくは分割可能な構造としても良い。

また、この第１実施形態では、直動移動機構の数を、接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数の最大値と一致させているが、これに限るものではなく、直動移動機構の数がカムフォロア状部材の数の最大値を上回るようにしても良い。このようにした場合、変速板３５ａ（３５ｂ）と接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の両側に位置するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の位置を独立に制御できるようになるので、制御コンピュータ１０１が、箱形部材１２の移動方向により位置制御するカムフォロア状部材群を切り替える必要が無くなる点で望ましい。また、変速板３５ａ（３５ｂ）と接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の片側に位置する複数のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の位置を独立に制御することもできるので、例えば図１Ｇの状態においてもカムフォロア状部材１５ｋを図１Ｈの状態に向かって予め移動させておくことが可能になる。このようにすることは、動作速度の遅い直動移動機構を用いる場合でも連続的に直動アクチュエータ１を動作させることができるようになる点で望ましい。

なお、この第１実施形態では、支持部材１５ａ〜１５ｐ及び支持部材１８ａ〜１８ｐを全て等間隔に配置し、カムフォロア状部材群Ｇ１６ａ〜Ｇ１６ｐ及びカムフォロア状部材群Ｇ１９ａ〜Ｇ１９ｐについても、それらに含まれるカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ及びカムフォロア状部材１９ａ〜１９ｐを全て等間隔に配置しており、直動アクチュエータ１の制御性及び性能安定性の面で望ましいが、必ずしもこれに限るものではない。

なお、この第１実施形態では、一つの直動構造体（箱形部材１２）に対して一つの直動部材（ピストン３３）を組み合わせているが、これに限るものではなく、一つの直動構造体に対して複数の直動部材（例えばピストン３３）を組み合わせるようにしても良い。さらに、複数の直動部材のうちの一部の直動部材を駆動に用い、前記複数の直動部材のうちの他の一部の直動部材を回生に用いて、直動部材を介したエネルギー伝達を行うようにしても良い。また、一つの直動部材（ピストン３３）に対して、直動構造体（箱形部材１２）の移動方向に分布した複数の揺動部材（変速板３５ａ、３５ｂ）を接続した構成にしても良い。この場合、直動部材（ピストン３３）の中心軸を中心に対称になるように揺動部材を配置するのが、直動部材（ピストン３３）に無用な回転トルクが作用するのを防止しやすくなるので望ましい。

なお、この第１実施形態では、図１Ｃの方向から見た場合に中心軸に対して左右対称な構造となっており、制御自由度が少なくできるとともにピストン３３に無用な回転トルクが作用しないので望ましいが、これに限るものではなく、左右のどちらか片側のみを用いたような構造としても良い。また、第１実施形態では、変速板３５ａ、３５ｂが一体となって傾くので、第１直動移動機構２２ａ〜第３直動移動機構２２ｃと第４直動移動機構２２ｄ〜第５直動移動機構２２ｆとは対称的に同期して動作することになる。しかしながら、これに限られるものではなく、変速板３５ａ、３５ｂがそれぞれ独立に傾けるようにして、第１直動移動機構２２ａ〜第３直動移動機構２２ｃと第４直動移動機構２２ｄ〜第６直動移動機構２２ｆとを非対称に動作させて、変速板３５ａによりロッド１３に作用する発生力と変速板３５ｂによりロッド１３に作用する発生力が異なるようにしても良い。

なお、この第１実施形態では、弾性機構の一例として、空圧タンク２０１と、シリンダ３２とピストン３３とで構成されるピストン・シリンダ機構とを用いているが、弾性機構の構成としてはこれに限るものではなく、空圧タンク２０１を用いない構成、又は、空圧タンクとシリンダ間に空油変換系を設けて油圧によりピストンを動作させる構成、又は、コイルバネ、若しくは磁気バネ等、同様の作用を実現するものであれば、あらゆる公知技術の組み合わせが利用可能である。

また、直動アクチュエータ１を複数利用するとき、それぞれのシリンダ３２若しくは空圧タンク２０１を導通させたり、一つの空圧タンク２０１を複数の直動アクチュエータ１で共有するようにして、圧縮性流体を共有するようにしても良い。一例として、一つの空圧タンク２０１を４つの直動アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで共有した構成を図１Ｌに示す。このようにすることは、個々の直動アクチュエータ１を動作させたときの圧力変化を緩和させることができるので望ましい。

なお、この第１実施形態における運動変換装置は、直動部材（ピストン３３）に対する一方向からの力にのみ対応した構成であるが、直動移動機構を箱状部材と一体に動作するようにして直動移動機構と支持部材とを直結させ、変速板をカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材を挟み込む形状とすることで、直動部材に対する双方向からの力に対応することも可能である。

さらに、第１実施形態における直動アクチュエータ１を用いた関節駆動ユニットの構成例を図２Ａに示す。直動アクチュエータ１のロッド１３の先端には軸連結部材４３ａが固定され、直動アクチュエータ１のロッド１３が露出した側の端部とは反対側のフレーム１１の端部には軸連結部材４３ｂが固定されている。一方、腕４１ａのロッド１３との連結側の端部には、対向する一対の支柱４４が設けられており、それらの一対の支柱４４の先端間と軸連結部材４３ａとは軸４２ｂを介して回転自在に連結されている。また、一対の対向して配置されたＬ字状の腕４１ｂの屈折部同士が棒状の連結部材４１ｃで連結されて平面から見てＵ字状に構成する構造物（直動アクチュエータ−支持部材）４１を備えている。この直動アクチュエータ支持部材４１の一対の腕４１ｂは、一方の屈曲側の先端同士と軸連結部材４３ｂは軸４２ｃを介して回転自在に連結され、もう一方の先端同士と腕４１ａの一対の支柱４４の根元部とは軸４２ａを介して回転自在に連結されている。この軸４２ａで連結された部分は、腕４１ａと腕４１ｂとの関節部を構成している。

このような構成とすることで、図２Ｂの状態から直動アクチュエータ１を動作させ、ロッド１３を図２Ｂの右方向に移動させると、腕４１ａは腕４１ｂに対して軸４２ａ回りに時計回りに回転動作を行うようになり、図２Ｃの状態となる。同様に、ロッド１３を図２Ｂの左方向に移動させることで、腕４１ｂに対して腕４１ａを軸４２ａ回りに逆方向へ（すなわち、軸４２ａ回りに反時計回りに）回転させることも可能となる。

よって、前記第１実施形態によれば、変速比が可変で、変換効率に優れた運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニットを得ることができる。すなわち、第１実施形態によれば、直動部材（一例としてのピストン３３）に作用する力が、ガイド部材（一例としてのカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｐ；１９ａ〜１９ｐ）により構成されたガイド列に沿って傾きが変化する揺動部材（一例としての変速板３５ａ、３５ｂ）の傾きの大きさに応じて、変速された状態で直動構造体（一例としての箱形部材１２）に出力される。このため、変位発生機構（一例としての第１〜第６直動移動機構２２ａ〜２２ｆ）によりガイド保持部材（一例としての支持部材１５ａ〜１５ｐ；１８ａ〜１８ｐ）の変位を制御することで変速比を可変にすることができる。さらに、直動部材（一例としてのピストン３３）と直動構造体（一例としての箱形部材１２）との出力は揺動部材（一例としての変速板３５ａ、３５ｂ）の傾きに応じた比率で機械的に連動して動作する構成であり、損失要素を介さずに運動変換を行っているので、変換効率の向上も図れるようになる。

（第２実施形態）
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、それぞれ本発明にかかる第２実施形態の運動変換装置を用いた柔軟アクチュエータの一例としての回転アクチュエータ５１の概要を示した正面図、上面図、及び正面断面図であり、図３Ｄは図３ＣのＡ−Ａ線の断面図を示している。また、図３Ｅ、図３Ｆにはそれぞれ図３ＣのＢ−Ｂ線の断面図、Ｃ−Ｃ線の断面図を示しているが、これらの図では筒状部材６２を省略している。図３Ａ〜図３Ｆにおいて、ベース部材の一例である円板形状の円板部材６１は、シリンダ３２とその中心軸周りに等間隔に配置された４本のシャフト６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄとにより連結されている。シャフト６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄは互いに平行に上下方向沿いに配置され、ピストン３３のピストンロッド３３ａの下端に固定された矩形板状のブロック６４が、シャフト６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄに図３Ｃの上下方向（後述する支持部材１５ａ〜１５ｘの移動方向に略平行な方向に往復移動可能に）に往復移動自在に接続されている。また、シリンダ３２の外周と回転構造体の一例である筒状部材６２とが、ベアリング（例えば玉軸受）を介して回転自在に接続されている。加えて、円板部材６１の外周と筒状部材６２とが、スラスト方向が拘束されたベアリング（例えば組合せアンギュラ玉軸受）を介して回転自在に接続されており、筒状部材６２が、円板部材６１に対して回転可能に保持されるように構成されている。なお、スラスト方向を拘束する役割を、シリンダ３２の外周と筒状部材６２とを連結するベアリングが担うようにしても構わない。さらに、筒状部材６２の中心軸周りの回転角は、円板部材６１に設けられたロータリーエンコーダ８６により計測されるようになっている。ロータリーエンコーダ８６としては、例えば光学式のエンコーダが利用可能である。また、筒状部材６２には、互いに平行な２４本の細長い矩形状の溝９０が図３Ｃの上下方向（筒状部材６２の回転軸と略平行な方向）に形成されており、ガイド保持部材の一例としての２４本の棒状の支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘが、２４本の細長い矩形状の溝９０内で、図３Ｃの上下方向（筒状部材６２の回転軸と略平行な方向）に往復移動自在に等間隔で保持されている。支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘの表面（内周面）には、それぞれガイド部材の一例として、軸方向沿いに等間隔に配置された６個の円筒状のカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑ、１６ｒ、１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ、１６ｘでそれぞれ構成される２４個のカムフォロア状部材群Ｇ１６ａ、Ｇ１６ｂ、Ｇ１６ｃ、Ｇ１６ｄ、Ｇ１６ｅ、Ｇ１６ｆ、Ｇ１６ｇ、Ｇ１６ｈ、Ｇ１６ｉ、Ｇ１６ｊ、Ｇ１６ｋ、Ｇ１６ｌ、Ｇ１６ｍ、Ｇ１６ｎ、Ｇ１６ｏ、Ｇ１６ｐ、Ｇ１６ｑ、Ｇ１６ｒ、Ｇ１６ｓ、Ｇ１６ｔ、Ｇ１６ｕ、Ｇ１６ｖ、Ｇ１６ｗ、Ｇ１６ｘがそれぞれ接続されているとともに、その裏面（外周面）にも、１個の矩形断面の棒状部材６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ、６７ｆ、６７ｇ、６７ｈ、６７ｉ、６７ｊ、６７ｋ、６７ｌ、６７ｍ、６７ｎ、６７ｏ、６７ｐ、６７ｑ、６７ｒ、６７ｓ、６７ｔ、６７ｕ、６７ｖ、６７ｗ、６７ｘが固定されている。なお、矩形断面の棒状部材６７ｃ、６７ｆ、６７ｉ、６７ｌ、６７ｏ、６７ｒ、６７ｕ、６７ｘは、それぞれの支持部材の上部に配置されており、後述するリング状部材７５ａと接触している。カムフォロア状部材６７ｂ、６７ｅ、６７ｈ、６７ｋ、６７ｎ、６７ｑ、６７ｔ、６７ｗは、それぞれの支持部材の中央部に配置されており、後述するリング状部材７５ｂと接触している。カムフォロア状部材６７ａ、６７ｄ、６７ｇ、６７ｊ、６７ｍ、６７ｐ、６７ｓ、６７ｖは、それぞれの支持部材の下部に配置されており、後述するリング状部材７５ｃと接触している。また、カムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑ、１６ｒ、１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ、１６ｘは全て同一の直径で構成している。また、矩形断面の棒状部材６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ、６７ｆ、６７ｇ、６７ｈ、６７ｉ、６７ｊ、６７ｋ、６７ｌ、６７ｍ、６７ｎ、６７ｏ、６７ｐ、６７ｑ、６７ｒ、６７ｓ、６７ｔ、６７ｕ、６７ｖ、６７ｗ、６７ｘも全て同一の寸法で構成している。また、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘ（１５ａ〜１５ｘ）のそれぞれに対して、前記支持部材１５ａ〜１５ｘの移動方向に間隔を開けながらカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑ、１６ｒ、１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ、１６ｘが設けられている。

図４Ｂに代表例を示した第１実施形態と同様に、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘの表面（内周面）のカムフォロア状部材群Ｇ１６ａ、Ｇ１６ｂ、Ｇ１６ｃ、Ｇ１６ｄ、Ｇ１６ｅ、Ｇ１６ｆ、Ｇ１６ｇ、Ｇ１６ｈ、Ｇ１６ｉ、Ｇ１６ｊ、Ｇ１６ｋ、Ｇ１６ｌ、Ｇ１６ｍ、Ｇ１６ｎ、Ｇ１６ｏ、Ｇ１６ｐ、Ｇ１６ｑ、Ｇ１６ｒ、Ｇ１６ｓ、Ｇ１６ｔ、Ｇ１６ｕ、Ｇ１６ｖ、Ｇ１６ｗ、Ｇ１６ｘにおける６個のそれぞれのカムフォロア状部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｌ、１６ｍ、１６ｎ、１６ｏ、１６ｐ、１６ｑ、１６ｒ、１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ、１６ｘは、それぞれが支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘに固定される円柱状の軸部９１と、各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材にそれぞれ内蔵されたニードルベアリング９４によって軸部９１に対して回転自在となる円筒状の外周部９２とで構成されており、支持部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１５ｍ、１５ｎ、１５ｏ、１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ、１５ｔ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１５ｘに対してそれぞれ各カムフォロア状部材群のそれぞれのカムフォロア状部材の外周部９２が回転自在となる構成となっている。

カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘのそれぞれの外周部９２が、支持部材１５ａ〜１５ｘに対して回転自在に接続されていることは、後述の変速板８５ａ〜、８５ｄと接触しながら相対運動する際の抵抗を小さくできる点で望ましい。また、支持部材１５ａ〜１５ｘは図３Ｃの上下方向に往復移動自在であるが、筒状部材６２との間に支持部材１５ａ〜１５ｘを移動方向の片側に例えば下方向に押圧付勢するバネ等の予圧機構を、第１実施形態の図４Ａと同様に設けても良い。このように構成することで、重力方向に関係なく、支持部材１５ａ〜１５ｘの位置を安定させることができるので望ましい。なお、この第２実施形態では、一つのカムフォロア状部材群は６個のカムフォロア状部材で構成されているが、これに限るものではない。

また、筒状部材６２には、筒状部材６２に対して支持部材１５ａ〜１５ｘの一部を相対変位させる変位発生機構の一例としての３個の直動移動機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、すなわち、第７、第８、第９直動移動機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃが接続されている。

第７直動移動機構７２ａは、図３Ａに示すように、筒状部材６２の上端縁部に筒状部材６２の中心軸周りに１８０度間隔をあけて固定された２個の第７モータ７３ａ、７３ｄと、第７モータ７３ａ、７３ｄの回転軸にそれぞれ連結されて第７モータ７３ａ、７３ｄの駆動により正逆回転する第７送りねじ７４ａ、７４ｄと、第７送りねじ７４ａ、７４ｄがそれぞれねじ込まれて貫通して第７送りねじ７４ａ、７４ｄの正逆回転に伴って図３Ａの上下方向に往復移動する第７リング状部材７５ａとで構成されている。

第７直動移動機構７２ａと同様に、第８直動移動機構７２ｂは、筒状部材６２の上端縁部に筒状部材６２の中心軸周りに１８０度間隔をあけて固定された２個の第８モータ７３ｂ、７３ｅと、第８モータ７３ｂ、７３ｅの回転軸にそれぞれ連結されて第８モータ７３ｂ、７３ｅの駆動により正逆回転する第８送りねじ７４ｂ、７４ｅと、第８送りねじ７４ｂ、７４ｅがそれぞれねじ込まれて貫通して第８送りねじ７４ｂ、７４ｅの正逆回転に伴って図３Ａの上下方向に往復移動する第８リング状部材７５ｂとで構成されている。また、第８送りねじ７４ｂ、７４ｅは、第８送りねじ７４ｂ、７４ｅのそれぞれの外径よりそれぞれ大きな穴径の第７リング状部材７５ａの貫通穴を貫通して、第８送りねじ７４ｂ、７４ｅの正逆回転により第７リング状部材７５ａは移動しないようにしている。

さらに、第７直動移動機構７２ａと同様に、第９直動移動機構７２ｃは、筒状部材６２の上端縁部に筒状部材６２の中心軸周りに１８０度間隔をあけて固定された２個の第９モータ７３ｃ、７３ｆと、第９モータ７３ｃ、７３ｆの回転軸にそれぞれ連結されて第９モータ７３ｃ、７３ｆの駆動作により正逆回転する第９送りねじ７４ｃ、７４ｆと、第９送りねじ７４ｃ、７４ｆがそれぞれねじ込まれて貫通して第９送りねじ７４ｃ、７４ｆの正逆回転に伴って図３Ａの上下方向に往復移動する第９リング状部材７５ｃで構成されている。また、第９送りねじ７４ｃ、７４ｆは、第９送りねじ７４ｃ、７４ｆのそれぞれの外径よりそれぞれ大きな穴径の第７及び第８リング状部材７５ａ、７５ｂを貫通して、第９送りねじ７４ｃ、７４ｆの正逆回転により第７及び第８リング状部材７５ａ、７５ｂは移動しないようにしている。

第７、第８、第９直動移動機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、それぞれにおける第７、第８、第９リング状部材７５ａ、７５ｂ、７５ｃの上下方向の移動範囲は互いに重ならないように構成されている。また、第７リング状部材７５ａには棒状部材６７ｃ、６７ｆ、６７ｉ、６７ｌ、６７ｏ、６７ｒ、６７ｕ、６７ｘがそれぞれ固定され、第８リング状部材７５ｂには棒状部材６７ｂ、６７ｅ、６７ｈ、６７ｋ、６７ｎ、６７ｑ、６７ｔ、６７ｗがそれぞれ固定され、第９リング状部材７５ｃには棒状部材６７ａ、６７ｄ、６７ｇ、６７ｊ、６７ｍ、６７ｐ、６７ｓ、６７ｖがそれぞれ固定され、４５度ごとに同一の変位が発生するようになっている。

さらに、ピストン３３のピストンロッド３３ａ下端に固定されたブロック６４には、回転部材８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄがそれぞれ９０度間隔でベアリングを介して回転自在（ピストン３３の移動方向に略垂直な軸回りに揺動可能）に接続されている。回転部材８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄの先端には、揺動部材の一例としての変速板８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄがそれぞれ固定されている。そして、変速板８５ａ〜８５ｄの図３Ｃにおける下面は、回転部材８４ａ〜８５ｄの中心軸を含む平面となっている。このように構成することで、変速板８５ａ〜８５ｄが傾くときに、変速板８５ａ〜８５ｄの図３Ｃにおける下面において、傾き以外の変位成分が発生しなくなるので望ましい。変速板８５ａ〜８５ｄの下面は、それぞれカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘのうちの一部のカムフォロア状部材に、ピストン３３に作用する前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力により押圧されるようになっている。例えば、図３Ｃの状態では、変速板８５ａがカムフォロア状部材１６ａ、１６ｘに押圧されており、変速板８５ｂがカムフォロア状部材１６ｆ、１６ｇに押圧されており、変速板８５ｃがカムフォロア状部材１６ｌ、１６ｍに押圧されており、変速板８５ｄがカムフォロア状部材１６ｒ、１６ｓに押圧されている。カムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材は、４５度ごとに同一の変位が発生するようになっているので、９０度ごとに配置された変速板８５ａ〜８５ｄと、それぞれが接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材との位置関係は、自動的に同一の関係となるように構成されている。このような構成は、変速板の数が増えても直動移動機構の数を増やさなくても良いので望ましい。ところで、変速板８５ａ〜８５ｄのそれぞれの形状は、平面形状が扇形の板状でかつ側面形状は図３Ｃの上方向側が下面側に対して狭くなる台形形状の部材である。言い換えれば、変速板８５ａ〜８５ｄの揺動中心軸に垂直な平面における断面形状において、カムフォロア状部材との接触面側が広くなるテーパ部を備える形状に構成している。このような形状とすることで、図３Ｈのように変速板８５ａ〜８５ｄが傾いた場合にも、変速板８５ａ〜８５ｄの側面が、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘとの接触面となる変速板８５ａ〜８５ｄの下面より左右両側にはみ出さないようになるので、変速板８５ａ〜８５ｄの下面と接触しないカムフォロア状部材の変位が妨げられることが無くなるので望ましい。また、変速板８５ａ〜８５ｄの周方向の幅（図３Ｄの左右方向の寸法）は、｛（隣り合うカムフォロア状部材群のカムフォロア状部材同士の中心間円弧長さ×３）−（カムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の直径）｝となっており、図３Ｃの場合のように変速板８５ａ〜８５ｄが水平の状態において筒状部材６２が回転する際に、変速板８５ａ〜８５ｄのそれぞれの下面が常時２〜３個のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材と接触する幅となっている。

また、複数の変位発生機構７２ａ、７２ｂ、７２ｃの動作を制御することで、ピストン３３の変位速度と筒状部材６２の回転速度間の変速比を変化させる制御装置の一例としての制御コンピュータ１０１が、第７〜第９直動移動機構７２ａ〜７２ｃにおける第７〜第９モータ７３ａ〜７３ｆ及びリニアエンコーダ３７ｂ、ロータリーエンコーダ８６にそれぞれ接続されている。ここで、図３Ｇは、図３Ｃの断面図から、シリンダ３２と、ピストン３３と、円板部材６１と、シャフト６３ａ〜６３ｄと、ブロック６４と、回転部材８４ａ〜８４ｄと、変速板８５ｂ〜８５ｄとを、説明のために省略した図である。

制御コンピュータ１０１により制御される第７〜第９モータ７３ａ〜７３ｆの動作に伴い、第７〜第９送りねじ７４ａ〜７４ｆがそれぞれ回転し、第７〜第９リング状部材７５ａ〜７５ｃの位置がそれぞれ変化するようになる。第７〜第９リング状部材７５ａ〜７５ｃの変位に伴って、棒状部材６７ａ〜６７ｘと接続された支持部材１５ａ〜１５ｘが連動して変位することになる。支持部材１５ａ〜１５ｘの変位は、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘを介して変速板８５ａ〜８５ｄに作用し、変速板８５ａ〜８５ｄの位置又は角度が変化することになる。例えば、変速板８５ａの周辺が図３Ｇ（変速板８５ａ周辺の部分拡大図を図９Ａに示す）のような状態にあるときに、第７モータ７４ａ、７４ｄが回転して第７リング状部材７５ａが上方に変位すると、第７板状部材７５ａと一体に棒状部材６７ｃ、６７ｆ、６７ｉ、６７ｌ、６７ｏ、６７ｒ、６７ｕ、６７ｘも上方に変位し、これらと連結されている支持部材１５ｃ、１５ｆ、１５ｉ、１５ｌ、１５ｏ、１５ｒ、１５ｕ、１５ｘ及びカムフォロア状部材１６ｃ、１６ｆ、１６ｉ、１６ｌ、１６ｏ、１６ｒ、１６ｕ、１６ｘも同様に上方に変位することになる。その結果、変位板８５ａは傾きつつ上方に移動し、図３Ｈ（変速板８５ａの周辺の部分拡大図を図９Ｂに示す。）の状態となる。

次に、制御コンピュータ１０１の制御の下で行われる、この回転アクチュエータ５１の作用を説明する。図３Ｄにおいて、支持部材１５ａ〜１５ｘと、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘと、回転部材８４ａ〜８４ｄと、変速板８５ａ〜８５ｄとは９０度ごとの周期構造をしているので、以降の説明では、変速板８５ａに関する作用を説明し、変速板８５ｂ〜８５ｄに関しては、括弧内に変速板８５ｂ、８５ｃ、８５ｄにおいて対応する参照符号を順に記載することで説明を省略する。

回転アクチュエータ５１の筒状部材６２に作用するトルク（以後、「発生トルク」と称する。）は、ピストン３３に作用する前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力と、変速板８５ａ〜８５ｄの傾きの大きさによって決定される。すなわち、図３Ｇ及び図９Ａのように変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）が水平な状態では、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）に作用する前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力は、カムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）と、支持部材１５ｘ（１５ｆ、１５ｌ、１５ｒ）、１５ａ（１５ｇ、１５ｍ、１５ｓ）と、直動移動機構７２ａ、７２ｃと、筒状部材６２とを経て円板部材６１において保持され、筒状部材６２における発生トルクは０となる。

一方、図３Ｈ及び図９Ｂのように変速８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）が前記水平状態から傾いている傾斜状態（例えば、図３Ｈ、図９Ｂでは、変速板８５ａの右端が下方にかつ左端が上方になるように左上方向に傾斜した状態）になった場合には、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）とカムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）との接触点において横方向（例えば、図３Ｈ及び図９Ｂでは左方向）への力が働くことになる。カムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）に作用する下方向への力については、前記水平状態と同様に支持部材１５ｘ（１５ｆ、１５ｌ、１５ｒ）、１５ａ（１５ｇ、１５ｍ、１５ｓ）と、直動移動機構７２ａ、７２ｃと、筒状部材６２とを経て円板部材６１によって支えられることになるが、カムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）に作用する左方向への力については、支持部材１５ｘ（１５ｆ、１５ｌ、１５ｒ）、１５ａ（１５ｇ、１５ｍ、１５ｓ）を経て筒状部材６２に出力されることになる。摺動等による損失を無視した静的な場合だと、この左方向への力すなわち筒状部材６２に対する図３Ｈの上向き軸反時計回りの発生トルクは、ピストン３３に作用する前記ピストン・シリンダ機構からの駆動力と変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の水平状態からの角度変化に対する正接との積で表される力と、変速板８５ａ〜８５ｄとカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘとの接触半径との積によっておおよそ表される。また、変速板８５ａ〜８５ｄとカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘとの接触位置を安定させるために、カムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材のそれぞれの先端を球形状にすることも望ましい。このことから、制御コンピュータ１０１が出力したいトルクに対応した傾き角度に、変速板８５ａ〜８５ｄがなるように、モータ７３ａ〜７３ｆを駆動させることで、回転アクチュエータ５１のトルク制御が可能となる。

また、制御コンピュータ１０１の制御が及ばない高周波数帯域の外乱に対しても、シリンダ３２の弾性によって柔軟性が保たれるので、回転アクチュエータ５１は接触に対して安全な柔軟アクチュエータとなる。

ところで、回転アクチュエータ５１の筒状部材６２がトルク発生方向に回転、すなわち図３Ｈの状態から図３Ｉの状態になるように回転する場合、回転アクチュエータ５１は外部に対して仕事を行っていることになる。すなわち、制御コンピュータ１０１がモータ７３ａ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｆの駆動を静止させている場合、筒状部材６２が回転するに従って、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）はカムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）の表面を滑り、ピストン３３は図３Ｃの下方向に移動するようになる。このとき、シリンダ３２及び空圧タンク２０１より失われるエネルギーによって、回転アクチュエータ５１は、回転アクチュエータ５１の外部に対して仕事を行うことになる。

逆に、回転アクチュエータ５１の筒状部材６２がトルク発生方向と反対方向に回転、すなわち図３Ｉの状態から図３Ｈの状態になるように回転する場合、回転アクチュエータ５１は、外部から仕事をされることになる。すなわち、制御コンピュータ１０１がモータ７３ｂ、７３ｃ、７３ｅ、７３ｆの駆動を静止させている場合、筒状部材６２が右方向に移動して回転するに従って、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）はカムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）の表面を滑り、ピストン３３は図３Ｃの上方向に移動するようになる。このとき、回転アクチュエータ５１の外部が回転アクチュエータ５１にした仕事により、シリンダ３２及び空圧タンク２０１にエネルギーが蓄えられることになる。

このように、回転アクチュエータ５１は、回転アクチュエータ５１の外部に対して仕事をするだけでなく、回転アクチュエータ５１の外部からの仕事により回転アクチュエータ５１の内部にエネルギーを蓄える回生動作が行えることになる。よって、回生の行えないアクチュエータに比べて、前記第２実施形態の回転アクチュエータ５１は、動作効率の向上を図ることができるようになる。

言い換えれば、前記第２実施形態の回転アクチュエータ５１は、従来の下記の課題をも解決することができるものである。

すなわち、前記ＳＥＡ、ＤＭ２、及び、ＶＳＴ等の柔軟アクチュエータでは、弾性体を介してロボットアームとモータを接続することで、モータ側の慣性の影響を、ロボットアーム側からの入力に対して大幅に低減することを目指している。このことを逆に考えると、ロボットアーム側から入力されたエネルギーは、ダイレクトにモータ側には伝わらない構成ということになり、電気的にエネルギーの回生を行うのは困難ということになる。

人と近い領域で動作するロボットでは、人との協調作業又は物を下ろす動作等、柔軟アクチュエータの外部から仕事が為される機会も多くなる。しかし、従来のエネルギーの回生を行えない柔軟アクチュエータでは、柔軟アクチュエータの外部から仕事が為される状態でも、アクチュエータ側はエネルギーを消費することになり、動作全体における効率が大きく悪化するという課題を有する。

これに対して、前記第２実施形態にかかる回転アクチュエータ５１は、回転アクチュエータ５１の外部に対して仕事をするだけでなく、回転アクチュエータ５１の外部からの仕事により回転アクチュエータ５１の内部にエネルギーを蓄える回生動作が行えることになり、動作効率の向上を図ることができるようになる。

次に、回転アクチュエータ５１の動作時における制御コンピュータ１０１の動作について説明する。この第２実施形態では、カムフォロア状部材群としてＧ１６ａ〜Ｇ１６ｘの２４列を用いているが、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）と接触するのは常時２〜３個のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材である。逆に言うと、制御コンピュータ１０１は、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の傾きがこれを満たす範囲となるように動作することになる。このような条件においては、最小限必要となる直動移動機構は３個ということになる。筒状部材６２が静止している状態では、２〜３個の直動移動機構を動作させることで変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の傾きを変化させ、発生トルクを制御することができる。制御コンピュータ１０１が図３Ｇの状態から第７及び第９直動移動機構７２ａ、７２ｃを動作させ、図３Ｈの状態にしたとき、筒状部材６２には図３Ｈの左方向への力によるトルクが作用することになる。これにより筒状部材６２がトルク発生方向に回転すると、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）はカムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）に接触するようになる。変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ））がカムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）、１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）のみと接触している状態では、第８直動移動機構７２ｂによりカムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）は自由に変位することができるので、制御コンピュータ１０１は、図３Ｈの状態のように、カムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）を変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）が滑らかに接触できる位置（目標位置）に予め移動させるように制御する。そのまま筒状部材６２が左方向に移動して回転して図３Ｉの状態になると、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）はカムフォロア状部材１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）、１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）のみと接触するようになるので、今度は、第７直動移動機構７２ａによりカムフォロア状部材１６ｃ（１６ｉ、１６ｏ、１６ｕ）を自由に変位させることができるようになる。一方、直動アクチュエータ１に外部から仕事が為され、図３Ｈの状態で筒状部材６２が右方向に移動して回転するような場合には、カムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）の代わりにカムフォロア状部材１６ｗ（１６ｅ、１６ｋ、１６ｑ）に対して変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）が滑らかに接触できるように制御コンピュータ１０１は第８直動移動機構７２ｂを動作させることになる。カムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）とカムフォロア状部材１６ｗ（１６ｅ、１６ｋ、１６ｑ）のどちらの位置制御を優先させるかは、筒状部材６２の回転方向により判定することができる。すなわち、筒状部材６２が図３Ｈの上向き軸反時計回りに回転する場合には、制御コンピュータ１０１は、カムフォロア状部材１６ｗ（１６ｅ、１６ｋ、１６ｑ）よりもカムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）の位置を優先的に制御し、筒状部材６２が図３Ｈの上向き軸時計回りに回転する場合には、制御コンピュータ１０１は、カムフォロア状部材１６ｂ（１６ｈ、１６ｎ、１６ｔ）よりもカムフォロア状部材１６ｗ（１６ｅ、１６ｋ、１６ｑ）の位置を優先的に制御するように動作する。このように、筒状部材６２の回転に応じて順次カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘの変位及び変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の傾きを制御コンピュータ１０１及び直動移動機構７２ａ〜７２ｃにより変化させ、筒状部材６２に作用する発生トルクを目標値に制御していくことで、回転アクチュエータ５１を連続的に動作させることができるようになる。もちろん、回転アクチュエータ５１の発生トルクの方向は図３Ｈの上向き軸時計回り限るものではなく、図３Ｈとは逆の傾斜状態（変速板８５ａの左端が下方にかつ右端が上方になるように右上方向に傾斜した状態）とすることで、図３Ｈの上向き時計回りに発生トルクを作用させることもできる。

ところで、制御コンピュータ１０１が直動移動機構７２ａ〜７２ｃを動作させる際の制御方法として、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の傾きを変化させる場合には直動移動機構７２ａ〜７２ｃに対するピストン３３からの逆入力が最小限となるように動作させるのがエネルギー効率の点で望ましい。これは、直動移動機構７２ａ〜７２ｃがエネルギー回生を行えない限り、ピストン３３が直動移動機構７２ａ〜７２ｃになす仕事、すなわち直動移動機構７２ａ〜７２ｃへの逆入力は損失と同じになるからである。具体的な動作としては、図３Ｇの状態から図３Ｈの状態に変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）を傾ける場合、図３Ｈにおいて下方側になるカムフォロア状部材１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）が可能な限り下方に動作しないようにすることが望ましい。すなわち、変速板３５ａ（３５ｂ）を傾ける際に上方側になるカムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）に対応する支持部材１５ｘ（１５ｆ、１５ｌ、１５ｒ）のストローク範囲及びカムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒ）に対応する直動移動機構７２ａの性能の許す限り、カムフォロア状部材１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）に対応する直動移動機構７２ｃを静止若しくは図３Ｈの上方に移動させるようにする。このようにすることで直動移動機構７２ａ〜７２ｃに対するピストン３３からの逆入力を最小限にすることができる。また、このような動作をより有効に働かせるためには、支持部材１５ａ〜１５ｘが図３Ｈの上方へストロークしやすくする必要があるので、筒状部材６２の回転に伴って新規にカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘを変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）に接触させる場合には、そのカムフォロア状部材群に含まれる中で可能な限り図３Ｈの上方にあるカムフォロア状部材が接触するように制御コンピュータ１０１が直動移動機構７２ａ〜７２ｃを制御するのが望ましい。

また、制御コンピュータ１０１が直動移動機構７２ａ〜７２ｃを動作させる際の別の制御方法として、変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）の傾きを変化させる場合には、直動移動機構７２ａ〜７２ｃの変位が最小限となるように動作させるのが低速な直動移動機構を利用可能な点で望ましい。具体的な動作としては、図３Ｇの状態から図３Ｈの状態に変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）を傾ける場合、カムフォロア状部材１６ｘ（１６ｆ、１６ｌ、１６ｒの上方への移動量とカムフォロア状部材１６ａ（１６ｇ、１６ｍ、１６ｓ）の下方への移動量が等しくなるように直動移動機構７２ａ及び直動移動機構７２ｃを動作させることが望ましい。このようにすることで直動移動機構７２ａ〜７２ｃに要求される速度を最小限にすることができる。また、このような動作をより有効に働かせるためには、支持部材１５ａ〜１５ｘが必要に応じて図３Ｈの上下両方向へストロークする必要があるので、筒状部材６２の回転に伴って新規にカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘを変速板８５ａ（８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ）に接触させる場合には、そのカムフォロア状部材群Ｇ１６ａ〜Ｇ１６ｘに含まれるカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘの内、対応する支持部材１５ａ〜１５ｘがストローク範囲の中央に最も近くなるカムフォロア状部材が接触するように、制御コンピュータ１０１が直動移動機構７２ａ〜７２ｃを制御するのが望ましい。

なお、この第２実施形態では、変速板に接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数を２〜３個としているが、これに限るものではなく、直動移動機構の数に応じて増加させても良い。接触させられるカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の最大数は、変速板の傾きを変化させるためには直動移動機構の数と等しくする必要があるが、最小数は２個で良いので、接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の最大数を増加させることは変速板に許容される傾きを増加させられる点で望ましい。逆に変速板に接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数を２〜３個に抑えることは、直動移動機構の数を最小限にできる点で望ましい。しかし、変速板の傾きが増加する場合には、カムフォロア状部材群に含まれるカムフォロア状部材同士の間隔が十分に広くないと、変速板が隣り合うカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の両方に接触してしまうようになる。このような状況を防ぐために、カムフォロア状部材群Ｇ１６ａ〜Ｇ１６ｘに含まれるカムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘ間の間隔が伸長若しくは分離可能なように支持部材１５ａ〜１５ｘを変形若しくは分割可能な構造としても良い。

また、この第２実施形態では、直動移動機構の数を接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の数の最大値と一致させているが、これに限るものではなく、直動移動機構の数が上回るようにしても良い。このようにした場合、変速板と接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の両側に位置するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の位置を独立に制御できるようになるので、制御コンピュータ１０１が筒状部材６２の回転方向により位置制御するカムフォロア状部材群を切り替える必要が無くなる点で望ましい。また、変速板と接触するカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の片側に位置する複数のカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材の位置を独立に制御することもできるので、カムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材を予め移動させておくことで動作速度の遅い直動移動機構を用いる場合でも連続的に回転アクチュエータ５１を動作させることができるようになる点で望ましい。

なお、この第２実施形態では、支持部材１５ａ〜１５ｘを全て等間隔に配置し、カムフォロア状部材１６ａ〜１６ｘについてもそれに含まれるカムフォロア状部材を全て等間隔に配置しており、回転アクチュエータ５１の制御性及び性能安定性の面で望ましいが、必ずしもこれに限るものではない。

なお、この第２実施形態では、一つの回転構造体（筒状部材６２）に対して一つの直動部材（ピストン３３）を組み合わせているが、これに限るものではなく、一つの直動構造体に対して複数の直動部材を組み合わせるようにしても良い。さらに、一部の直動部材を駆動に用い、一部の直動部材を回生に用いて、直動部材を介したエネルギー伝達を行うようにしても良い。

なお、この第２実施形態では、図３Ｄの方向から見た場合に回転構造体（筒状部材６２）の内部は９０度周期の構造となっており、制御自由度が少なくできるとともにピストン３３に無用な回転トルクが作用しないので望ましいが、これに限るものではなく、９０度以外の周期構造としたり、直動移動機構を増やすことで変速板８５ａ〜８５ｄが独立に傾けるようにしたりしても良い。

なお、この第２実施形態では、ピストン３３の変位に応じてポテンシャルエネルギーが変化する弾性機構の一例として、空圧タンク２０１と、シリンダ３２と、ピストン３３とで構成されるピストン・シリンダ機構を用いているが、弾性機構の構成としてはこれに限るものではなく、空圧タンク２０１を用いない構成、又は、空圧タンクとシリンダ間に空油変換系を設けて油圧によりピストンを動作させる構成、又は、コイルバネ若しくは磁気バネ等、同様の作用を実現するものであれば、あらゆる公知技術の組み合わせが利用可能である。また、回転アクチュエータ５１を複数利用するとき、それぞれのシリンダ３２若しくは空圧タンク２０１を導通させるようにしても良い。このようにすることは、個々の回転アクチュエータ５１を動作させたときの圧力変化を緩和させることができるので望ましい。

なお、この第２実施形態では、変速板を筒状部材の内部に設置した構成となっているが、これに限るものではなく、変速板を筒状部材の外部に設置した構成としても良い。

また、この第２実施形態における運動変換装置は、直動部材（ピストン３３）に対する一方向からの力にのみ対応した構成であるが、変速板をカムフォロア状部材群におけるカムフォロア状部材を挟み込む形状とすることで、直動部材に対する双方向からの力に対応することも可能である。

さらに、第２実施形態における回転アクチュエータ５１を用いて二つの腕をつなぐ関節を駆動する関節駆動ユニットの構成することもできる。シリンダ３２と円板部材６１に一方の腕を固定し、もう一方の腕を筒状部材６２に固定することで、容易に関節駆動ユニットを実現することができる。

このような構成とすることで、回転アクチュエータの発生トルクにより二つの腕の角度を変化させたり、外力により関節角が変化させられる際には、そのエネルギーを回生させたりすることも可能になる。

前記第１実施形態又は第２実施形態において、３個以上の前記変位発生機構２２ａ〜２２ｆ又は７２ａ、７２ｂ、７２ｃにより変位させられる互いに隣接する３個以上の前記支持部材（例えば、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ）のうちの一方の端部に位置する前記支持部材（例えば、１５ｉ）は、前記３個以上の前記支持部材（例えば、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ）以外で、かつ、前記３個以上の前記支持部材（例えば、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ）の他方の端部に位置する前記支持部材（例えば、１５ｋ）に隣接して位置する支持部材（例えば、１５ｌ）と同時に変位するように構成されている。

このような構成によれば、それぞれの変位発生機構２２ａ〜２２ｆ又は７２ａ、７２ｂ、７２ｃにより動作される支持部材の分布が一様となり、変位発生機構に対する負荷の平準化が図れるようになる。従って、変位発生機構の占める部分がより小型な運動変換装置を得ることができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかる運動変換装置、それを用いた柔軟アクチュエータ、及び、関節駆動ユニットは、変速比又は力の制御が容易で、動作効率に優れたものであり、例えば、ロボットの関節駆動用アクチュエータ等又はそれを用いた関節駆動ユニット等として有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

Claims (19)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材に対して直線的に往復移動可能に保持される直動構造体と、
   前記直動構造体に設けられ、前記直動構造体の移動方向に略垂直に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
   前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
   前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
   前記直動部材の端部に設けられ、前記直動構造体の移動方向と前記直動部材の移動方向との双方に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
   前記ガイド保持部材と連結されて前記直動構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３個以上の変位発生機構と、
   前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記直動構造体の変位速度間の変速比を変化させる制御装置とを備える運動変換装置。
2. 前記複数のガイド保持部材が、前記直動構造体の前記移動方向沿いに等間隔で設けられている請求項１に記載の運動変換装置。
3. ベース部材と、
   前記ベース部材に対して回転可能に保持される回転構造体と、
   前記回転構造体に設けられ、前記回転構造体の回転軸と略平行に往復移動可能に保持される複数のガイド保持部材と、
   前記ガイド保持部材のそれぞれに対して、前記ガイド保持部材の移動方向に間隔を開けながら複数設けられるガイド部材と、
   前記ベース部材に対して、前記ガイド保持部材の前記移動方向に略平行な方向に往復移動可能に保持される直動部材と、
   前記直動部材の端部に設けられ、前記直動部材の移動方向に略垂直な軸回りに揺動可能に保持されるとともに、前記ガイド部材の一部と接触するように配置される揺動部材と、
   前記ガイド保持部材と連結されて前記回転構造体に対して前記ガイド保持部材の一部を相対変位させる３個以上の変位発生機構と、
   前記３個以上の変位発生機構のうちの複数の変位発生機構の動作を制御することで、前記直動部材の変位速度と前記回転構造体の回転速度間の変速比を変化させる制御装置とを備える運動変換装置。
4. 前記複数のガイド保持部材が、前記回転構造体の回転軸回りの円周上に等間隔に設けられている請求項３に記載の運動変換装置。
5. 前記直動部材の端部に設けられる前記揺動部材の数が複数であり、前記複数の揺動部材が、前記直動部材の前記移動方向沿いの中心軸に対して対称に配置されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
6. 前記揺動部材と接触可能な前記ガイド部材の表面部が、前記ガイド保持部材に対して回転自在である請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
7. 前記複数のガイド部材が、等間隔に前記ガイド保持部材に設けられている請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
8. 前記ガイド保持部材を、前記ガイド保持部材の前記移動方向の片側に押圧付勢する予圧機構をさらに設ける請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
9. 前記揺動部材における前記ガイド部材との接触面が、前記揺動部材の揺動中心軸を含む平面である請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
10. 前記揺動部材が、前記揺動部材の揺動中心軸に垂直な平面における断面形状において、前記ガイド部材との接触面側が広くなるテーパ部を備える形状である請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
11. ３個以上の前記変位発生機構により変位させられる互いに隣接する３個以上の前記ガイド保持部材のうちの一方の端部に位置する前記ガイド保持部材は、前記３個以上の前記ガイド保持部材以外で、かつ、前記３個以上の前記ガイド保持部材の他方の端部に位置する前記ガイド保持部材に隣接して位置する前記ガイド保持部材と同時に変位するように構成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
12. 前記直動部材の端部に設けられる前記揺動部材の数が複数であり、前記複数の揺動部材が、一定の間隔もしくは一定の角度差をもって配置されているとともに、前記変位発生機構の動作に伴う前記ガイド保持部材の変位が、前記揺動部材の配置間隔もしくは配置角度差ごとに同一の変位となるように構成されている請求項１〜１１のいずれか１つに記載の運動変換装置。
13. 前記揺動部材と新たに接触しうる前記ガイド部材が同一の前記ガイド保持部材に複数存在する中で、最も前記直動部材の側に位置するガイド部材が前記揺動部材と接触するように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御するとともに、前記揺動部材の傾きを変化させるために前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材を変位させる際には、前記揺動部材と接触する前記ガイド部材の、接触面と逆方向への変位量が最小限となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
14. 前記揺動部材と新たに接触しうる前記ガイド部材が同一の前記ガイド保持部材に複数存在する中で、接触時点で前記ガイド保持部材が自身のストロークの中心位置に最も近い位置に位置する前記ガイド部材が前記揺動部材と接触するように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御するとともに、前記揺動部材の傾きを変化させるために前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材を変位させる際には、前記ガイド保持部材の変位量が最小限となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
15. 前記揺動部材と接触する前記ガイド部材を含む前記ガイド保持部材の両側に位置するガイド保持部材が、同一の前記変位発生機構により動作するとき、前記揺動部材の相対運動方向にある前記ガイド保持部材の変位が目標位置となるように前記変位発生機構の動作を前記制御装置が制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置。
16. 前記直動部材に、前記直動部材の変位に応じてポテンシャルエネルギーが変化する弾性機構を接続する請求項１〜４のいずれか１つに記載の運動変換装置を用いた柔軟アクチュエータ。
17. 前記弾性機構が、圧縮性流体の圧力により加圧されるピストン・シリンダ機構である請求項１６に記載の柔軟アクチュエータ。
18. 請求項１７に記載の柔軟アクチュエータを複数備え、
    各柔軟アクチュエータに圧力を作用させる前記圧縮性流体が互いに共有される構成である多軸柔軟アクチュエータ。
19. 関節部を介して連結された２つの腕の前記関節部に請求項１６に記載の柔軟アクチュエータが配置され、
    前記柔軟アクチュエータにより、前記２つの腕のうちの一方の腕に対して他方の腕が駆動される関節駆動ユニット。

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