JP6514024B2

JP6514024B2 - ロボットアーム機構

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Publication number: JP6514024B2
Application number: JP2015097239A
Authority: JP
Inventors: 尹　祐根; 祐根尹; 光佐野
Original assignee: Life Robotics Inc
Current assignee: Life Robotics Inc
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: JP2016209970A

Description

本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。

垂直多関節部アーム機構には位置に関して３自由度（ｘ，ｙ，ｚ）、姿勢に関して３自由度（φ，θ，ψ）が要求される。手先の併進移動は関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３にその連動回転を要求するため特に肘部と呼ばれる関節部Ｊ２の動きは非常に大きくしかもその動きを予測できず、特に特異点の近傍では肘部の動きが非常に高速になることは避けられない。肘関節を解消した上で６自由度を確保するための有効な対策の一つとして直動伸縮機構の採用がある。直動伸縮機構は従来の直動機構と比較して直動アームの可動域が大きいことを特徴としている。直動アームは、例えば列状に連結された複数の連結コマからなる。直動伸縮機構の実用化には直動アームの剛性の確保が重要な課題である。

目的は、列状に連結された複数の連結コマがそれ単独で柱状体を構成し、複数の連結コマの屈曲拘束及びその解除を、簡易な機構で実現することにある。

本実施形態に係るロボットアーム機構は、回転関節部と直動伸縮関節部とを有し、前記直動伸縮関節部は、背面側において屈曲自在に連結される複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲拘束により柱状体が構成される、前記柱状体を支持する支持部と、前記屈曲状態の連結コマを前記支持部と異なる方向に収納する格納部と、前記支持部と前記格納部との間で前記連結コマを搬送する搬送部とを具備し、前記連結コマは、形状の異なる第１、第２の２種類設けられ、前記第１、第２連結コマは交互に配列され、前記第１連結コマにはその表面側の前後それぞれに第１フックが設けられ、前後の第１連結コマはその間の前記第２連結コマを挟んで前後の第１フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第１フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記第２連結コマにはその表面側の前後それぞれに第２フックが設けられ、前後の第２連結コマはその間の前記第１連結コマを挟んで前後の第２フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第２フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記支持部と前記格納部との間の方向転換により前記第１、第２連結コマの屈曲拘束状態／屈曲状態が転換されることを特徴とする。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。図３は、図２のアーム部を示す斜視図である。図４は、図３の第１連結コマを示す図である。図５は、図３の第２連結コマを示す図である。図６は、図４の第１連結コマの屈曲拘束／解除機構を示す図である。図７は、図４の第１連結コマの屈曲拘束状態を示す側面図である。図８は、図５の第２連結コマの屈曲拘束／解除機構を示す図である。図９は、図５の第２連結コマの屈曲拘束状態を示す側面図である。図１０は、本実施形態の変形例１に係るロボットアーム機構の収納部を示す側面図である。図１１は、本実施形態の変形例２に係るロボットアーム機構のアーム部を示す斜視図である。図１２は、図１１の第１連結コマを示す図である。図１３は、図１１の第２連結コマを示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。本実施形態に係るロボットアーム機構は、回転関節部と直動伸縮関節部とを有する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

ロボットアーム機構は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はハンド装置の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は第３関節部Ｊ３を構成する主要な構成要素である。

第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。

第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

基部１を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持体１１ｂが接続される。

第２支持体１１ｂは第１支持体１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持体１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持体１１ｂの他端は開放され、第３支持体１１ｃが第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持体１１ｃは第１支持体１１ａ及び第２支持体に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持体１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持体１１ｂに収容され、また送出される。直動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持体１１ａの内部に収納される。第１支持体１１ａはアーム部２を収納する収納部１１ａともいう。

第３支持体１１ｃはその後端下部において第２支持体１１ｂの開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２は、手首部４及びハンド装置とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には一致する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけてハンド装置とともに第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド装置とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとハンド装置が左右に旋回する。

上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたハンド装置は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド装置を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。

図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す斜視図である。第３関節部（直動伸縮関節部）Ｊ３を構成する直動伸縮機構はアーム部２と射出部３０とガイドローラ４０とドライブギア５０とを有する。ドライブギア５０はガイドローラ４０とともに搬送部を構成する。

アーム部２は、複数の連結コマが連結されてなる。複数の連結コマには、形状の違いにより第１連結コマ２１と第２連結コマ２３とが含まれる。第１、第２連結コマ２１，２３は、断面ロ字形状を有する短筒状体である。第１連結コマ２１と第２連結コマ２３とは、交互に配列され、互いの底部前後においてピンにより列状に連結される。アーム部２は、アーム部２を構成する第１、第２連結コマ２１，２３の断面形状により、連結ピンで連結された底部側（内側）に屈曲可能であるが、連結ピンとは反対側（外側）には、隣り合う第１、第２連結コマ２１，２３の側板端面どうしの当接により屈曲不可である。第１、第２連結コマ２１、２３の配列は後述する屈曲拘束構造により内側への屈曲が拘束されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成する。柱状体は、第１、第２連結コマ２１、２３の屈曲が回復されることにより解除される。なお、第１、第２連結コマ２１，２３の第２回転軸ＲＡ２に対向する面を第１、第２連結コマ２１、２３の背面、背面の逆側の面を第１、第２連結コマ２１、２３の表面という。第１、第２連結コマ２１、２３を構成する４つの板のうち、底板に垂直に設けられる２つの板各々を側板、底板に対して対向して設けられる板を天板と称す。それぞれの板の裏面により筒状部分が規定される。第１、第２連結コマ２１、２３の底板の表面には連結方向（長さ方向）に沿って図示しないリニアギアが形成されている。複数の第１、第２連結コマ２１，２３が直線状に整列されたときに互いのリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。

射出部３０は、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とが角筒形状のフレーム３５に支持されてなる。例えば、複数の上部ローラ３１は所定の間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列され、アーム部２を上面から支持する。同様に、複数の下部ローラ３２は所定の間隔、好適には上部ローラ３１の配置間隔と略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列され、アーム部２を下面から支持する。射出部３０の底板後方の一部分は切り欠かれ、その切り欠かれた部分にドライブギア５０が設けられる。ドライブギア５０が設けられる位置は、第１、第２連結コマ２１、２３の底板表面に設けられたリニアギアの位置に対応する。ドライブギア５０は図示しない減速器を介してモータ５５に接続される。ドライブギア５０は、直線状のリニアギアにかみ合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア５０とともにラックアンドピニオン機構を構成する。

射出部３０の後方から第１支持体（収納部）１１ａにかけて、複数のガイドローラ４０が設けられる。複数のガイドローラ４０は、第１、第２連結コマ２１，２３の幅方向に平行な回転軸を有する。複数のガイドローラ４０は、第１支持体（収納部）１１ａと射出部３０との間の、複数の第１、第２連結コマ２１，２３（アーム部２）の移動経路を形成する。複数のガイドローラ４０のうち、先頭のガイドローラ４０は、アーム部２の高さ方向に関して、複数の下部ローラ３２と同一の位置に設けられる。他のガイドローラ４０は、先頭のガイドローラ４０と第１支持体１１ａとの間に配列される。

第１、第２連結コマ２１、２３は、垂直姿勢で第１支持体１１ａ内に収納されている。モータ５５が駆動し、ドライブギア５０が順回転すると、複数の第１、第２連結コマ２１，２３は、他のガイドローラ４０により、第１支持体１１ａから、垂直姿勢を保持した状態で、内側に屈曲しながら先頭のガイドローラ４０まで誘導される。先頭のガイドローラ４０に誘導された第１、第２連結コマ２１，２３は、先頭のガイドローラ４０により垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。水平姿勢に方向転換された第１、第２連結コマ２１，２３は射出部３０に誘導される。複数の第１、第２連結コマ２１，２３は、垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するときに、屈曲が拘束され柱状体を構成する。射出部３０は、その柱状体を上下左右に支持する。射出部３０により柱状体の上下左右が堅持されることで、柱状体の拘束状態が保持される。それにより柱状体は一定の剛性を備え、第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的に第３支持体１１ｃの開口から外に向かって送り出される。

モータ５５が駆動し、ドライブギア５０が逆回転すると、柱状体は第３支持体１１ｃの開口から内に向かって引き戻され、射出部３０の後方の先頭のガイドローラ４０により、水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。柱状体は、垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するときに、その屈曲拘束状態が解除され、第１、第２連結コマ２１，２３に分離される。分離された第１、第２連結コマ２１，２３は、個々に屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第１支持体（収納部）１１ａ内に収納される。

図３は、図２のアーム部２を示す斜視図である。図４は、図３の第１連結コマ２１を示す図である。図５は、図３の第２連結コマ２３を示す図である。
図３に示すように、アーム部２において、第１連結コマ２１と第２連結コマ２３とは、交互に配列され、互いの底部の前後においてピンにより列状に連絡される。第１、２連結コマ２１、２３は、同一の幅と同一高さとを有する。第２連結コマ２３のコマ本体部分２３０（以下、第２本体部分２３０という。）は、第１連結コマ２１のコマ本体部分２１０（以下、第１本体部分２１０という。）と同一形状に構成される。第２本体部分２３０は第１本体部分２１０の長さＬ１１と同一の長さＬ２１を有する。しかしそれに限定されることはなく第２本体部分２３０は第１本体部分２１０と異なる長さに構成されていても良い。

図４に示すように、第１連結コマ２１は、第１本体部分２１０と、第１本体部分２１０の前方に突出して設けられる一対のフック２１１と、第１本体部分２１０の後方に突出して設けられる一対のフック２１３とからなる。第１本体部分２１０は典型的には断面ロ字の筒状体を有する。第１本体部分２１０は断面ロ字形状には限定されず、台形状、５以上の多角形状の筒状体に構成されていてもよい。

一対のフック２１１と一対のフック２１３とは、第１本体部分２１０の上部に形成されている。一対のフック２１１は第１本体部分２１０の幅方向に分離して設けられる。同様に一対のフック２１３は第１本体部分２１０の幅方向に分離して設けられる。フック２１１，２１３はそれぞれ第１本体部分２１０の幅の１／３の幅を有する。フック２１１の先端部分は鉤形に曲げられている。この鉤形部分の少なくとも内面は連結ピンを中心とした円弧形状に形成されている。フック２１３の先端部分には、フック２１１の先端の鉤部を受ける受け孔が形成されている。第１本体部分２１０の前方に突出する一対のフック２１１の突出長Ｌ１２は、第２本体部分２３０の長さＬ２１の１／２超の長さを有する。同様に、第１本体部分２１０の後方に突出する一対のフック２１３の突出長Ｌ１３は、第２本体部分２３０の長さＬ２１の１／２超の長さ、好適には、突出長Ｌ１２と同一の長さを有する。第１連結コマ２１の前後のフック２１１，２１３の合計長は、第２連結コマ２３の第２本体部分２３０の長さより長く、同様に第２連結コマ２３の前後のフック２３１，２３３の合計長は第１本体部分２１０の長さより長い。それにより第２連結コマ２３を挟んで前後する第１連結コマ２１のうち、後方の第１連結コマ２１のフック２１１の先端の鉤形部分と、前方の第１連結コマ２１のフック２１３の受け孔部分とは、第２連結コマ２３の本体部分２３０の上部中央においてオーバーラップする。

図５に示すように、第２連結コマ２３は、第２本体部分２３０と第２本体部分２３０の前方に突出して設けられるフック２３１と、第２本体部分２３０の後方に突出して設けられるフック２３３とからなる。第２本体部分２３０は第１本体部分２１０と同じ断面形状、典型的には断面ロ字の筒状体を有する。フック２３１とフック２３３とは、第２本体部分２３０の上部に形成されている。フック２３１は第２本体部分２３０の幅方向中央に設けられる。同様にフック２３３は第２本体部分２３０の幅方向中央に設けられる。フック２３１，２３３はそれぞれ第２本体部分２３０の幅の１／３の幅を有する。一対のフック２１１とフック２３１との幅合計は、第１、第２本体部分２１０、２３０の幅に一致する。同様に一対のフック２１３とフック２３３との幅合計は、第１、第２本体部分２１０、２３０の幅に一致する。

フック２３１の先端部分は、鉤形に曲げられている。この鉤形部分の少なくとも内面は連結ピンを中心とした円弧形状に形成されている。フック２３３の先端部分には、フック２３１の鉤部を受ける受け孔が形成されている。第２本体部分２３０に対して前方に突出する一対のフック２３１の突出長Ｌ２２は、第１本体部分２１０の長さＬ１１の１／２超の長さを有する。同様に、第２本体部分２３０に対して後方に突出する一対のフック２３３の突出長Ｌ２３は、第１本体部分２１０の長さＬ１１の１／２超の長さ、好適には、突出長Ｌ２２と同一の長さを有する。第１連結コマ２１を挟んで前後する第２連結コマ２３のうち、後方の第２連結コマ２３のフック２３１の先端の鉤形部分と、前方の第２連結コマ２３のフック２３３の受け孔部分とは、第１連結コマ２１の本体部分２１０の上部中央においてオーバーラップする。

図３に示すように、一対のフック２１１、２１３及びフック２３１，２３３は、柱状体の上面が平面を成すように形成される。例えば、図４に示すように、一対のフック２１１，２１３は、第１本体部分２１０の上部左右に設けられる。図５に示すように、フック２３１，２３３は、第２本体部分２３０の上部幅中央に設けられる。なお、第１本体部分２１０の幅の１／２の幅を有するフック２１１，２１３が第１本体部分２１０の上部右側に設けられ、第２本体部分２３０の幅の１／２の幅を有するフック２３１、２３３が第２本体部分２３０の上部左側に設けられてもよい。

次に、第１連結コマ２１の屈曲を拘束する機構について図６、７を参照して説明する。図６は、図４の第１連結コマ２１の屈曲拘束／解除機構を示す図である。ここでは、第１連結コマ２１の屈曲拘束機構を説明するため、第２連結コマ２３を模式的に示している。ドライブギア５０の順回転によるアーム部２の送り出しにともなって、第１連結コマ２１は、図６（ａ）に示す垂直姿勢から、図６（ｂ）の姿勢を経て、図６（ｃ）に示す水平姿勢に方向転換される。前後の第１連結コマ２１は、その間の第２連結コマ２３を挟んで互いに係合することにより屈曲が拘束される。具体的には、図６に示すように、アーム伸長時、第２連結コマ２３を挟んで前後の第１連結コマ２１のうち、後方の第１連結コマ２１は、先頭のガイドローラ４０に差し掛かると、先頭のガイドローラ４０の回転軸を中心に回転される。これにより、後方の第１連結コマ２１の姿勢は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。垂直姿勢から水平姿勢に方向転換されるとき、後方の第１連結コマ２１の一対のフック２１１の先端の鉤形部分は、連結ピンを中心とした円弧に沿って回転し、後方の第１連結コマ２１が水平姿勢に方向転換されるのと同時に、既に水平姿勢の前方の第１連結コマ２１の一対のフック２１３の孔に嵌合する。一方、アーム収縮時、柱状体は、先頭のガイドローラ４０に差し掛かると、先頭ガイドローラ４０の回転軸を中心に回転される。これにより、柱状体は水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、後方の第１連結コマ２１の一対のフック２１１の先端の鉤形部分が前方の第１連結コマ２１の一対のフック２１３の孔から外れる。これにより、前後の第１連結コマ２１の屈曲拘束状態が解除される。屈曲拘束状態が解除された第1連結コマ２１は、屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第１支持体１１ａ内に収納される。

第１連結コマ２１が収納されるとき、前方の第１連結コマ２１のフック２１３の先端部分は、後方の第１連結コマ２１のフック２１１の先端部分とオーバーラップしているため、ドライブギア５０の逆回転によるアーム部２の引き戻しにともなって、前方の第１連結コマ２１が水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、前方の第１連結コマ２１のフック２１３は、後方の第１連結コマ２１のフック２１１に覆い被さるか、または、前方の第１連結コマ２１のフック２１３の先端が後方の第１連結コマ２１のフック２１１の先端に接触する。これにより、図２に示すように、第１、第２連結コマ２１，２３は内側に少し屈曲しながら第１支持体１１ａに収納される。

図７は、図６の第１連結コマ２１の屈曲拘束状態を示す側面図である。図７では、複数の第１連結コマ２１を射出部３０とともに示している。ここでも、第１連結コマ２１の屈曲拘束状態を説明するため、第２連結コマ２３を模式的に示している。図７に示すように、柱状体の後端部分は射出部３０の上部、下部ローラ３１，３２により保持される。柱状体は、第１、第２連結コマ２１，２３の断面形状により、外側に屈曲不可な性質を備える。また、柱状体は、前方の第１連結コマ２１の一対のフック２１３の孔に後方の第１連結コマ２１の一対のフック２１１の鉤形部分が嵌合した状態で、その後端部分が射出部３０により保持されることで、内側への屈曲が拘束される。

次に、第２連結コマ２３の屈曲を拘束する機構について図８、９を参照して説明する。図８は、図４の第２連結コマ２３の屈曲拘束／解除機構を示す図である。ここでは、第２連結コマ２３の屈曲拘束機構を説明するため、第１連結コマ２１を模式的に示している。ドライブギア５０の順回転によるアーム部２の送り出しにともなって、第２連結コマ２３は、図８（ａ）に示す垂直姿勢から、図８（ｂ）の姿勢を経て、図８（ｃ）に示す水平姿勢に方向転換される。前後の第２連結コマ２３は、その間の第１連結コマ２１を挟んで互いに係合することにより屈曲が拘束される。具体的には、図８に示すように、アーム伸長時、第１連結コマ２１を挟んで前後の第２連結コマ２３のうち、後方の第２連結コマ２３は、先頭のガイドローラ４０に差し掛かると、先頭のガイドローラ４０の回転軸を中心に回転される。これにより、後方の第２連結コマ２３の姿勢は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。垂直姿勢から水平姿勢に方向転換されるとき、後方の第２連結コマ２３のフック２３１の先端の鉤形部分は、先頭のガイドローラ４０の回転軸を中心とした円弧に沿って回転し、後方の第２連結コマ２３が水平姿勢に方向転換されるのと同時に、既に水平姿勢の前方の第２連結コマ２３のフック２３３の孔に嵌合する。一方、アーム収縮時、柱状体は、先頭のガイドローラ４０に差し掛かると、先頭ガイドローラ４０の回転軸を中心に回転される。これにより、柱状体は水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、後方の第２連結コマ２３のフック２３１の先端の鉤形部分が前方の第２連結コマ２３のフック２３３の孔から外れる。これにより、前後の第２連結コマ２３の屈曲拘束状態が解除される。屈曲拘束状態が解除された第２連結コマ２３は、屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第１支持体１１ａ内に収納される。

第２連結コマ２３が収納されるとき、前方の第２連結コマ２３のフック２３３の先端部分は、後方の第２連結コマ２３のフック２３１の先端部分とオーバーラップしているため、ドライブギア５０の逆回転によるアーム部２の引き戻しにともなって、前方の第２連結コマ２３が水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、前方の第２連結コマ２３のフック２３３は、後方の第２連結コマ２３のフック２３１に覆い被さるか、または、前方の第２連結コマ２３のフック２３３の先端が後方の第２連結コマ２３のフック２３１の先端に接触する。これにより、図２に示すように、第１、第２連結コマ２１，２３は内側に少し屈曲しながら第１支持体１１ａに収納される。

図９は、図８の第２連結コマ２３の屈曲拘束状態を示す側面図である。図９では、複数の第２連結コマ２３を射出部３０とともに示している。ここでも、第１連結コマ２１の屈曲拘束状態を説明するため、第１連結コマ２１を模式的に示している。図９に示すように、柱状体の後端部分は射出部３０の上部、下部ローラ３１，３２により保持される。柱状体は、第１、第２連結コマ２１，２３の断面形状により、外側に屈曲不可な性質を備える。また、柱状体は、前方の第２連結コマ２３のフック２３３の孔に後方の第２連結コマ２３のフック２３１の鉤形部分が嵌合した状態で、その後端部分が射出部３０により保持されることで、内側への屈曲が拘束される。

以上説明した本実施形態に係るロボットアーム機構の直動伸縮機構によれば、列状に交互に連結された第１、第２連結コマ２１，２３を垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するだけで、アーム部２の屈曲を拘束することができる。これにより、一定の剛性を備える柱状体を構成することができる。また、柱状体を水平姿勢から垂直姿勢に方向転換するだけで、アーム部２の屈曲拘束状態を解除することができる。これにより、柱状体を第１、第２連結コマ２１，２３に分離することができる。具体的には、第１、第２連結コマ２１，２３は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するとき、第２連結コマ２３を挟んで前後の第１連結コマ２１どうしが係合することにより前後の第１連結コマ２１の屈曲が拘束され、第１連結コマ２１を挟んで前後の第２連結コマ２３どうしが係合することにより前後の第２連結コマ２３の屈曲が拘束される。これにより、第１、第２連結コマ２１，２３は柱状体を構成し、柱状体の後端部分が射出部３０に保持されることで、その内側への屈曲が拘束される。柱状体は、第１、第２連結コマ２１，２３の断面形状により外側への屈曲不可な性質を備える。内側と外側への屈曲が拘束されることで、柱状体は一定の剛性を備える。柱状体は、水平姿勢から垂直姿勢に方向転換するときに、前後の第１、第２連結コマ２１，２３どうしの係合状態が解除されることで、屈曲拘束状態も解除される。これにより、第１、第２連結コマ２１，２３は、個々に屈曲可能な状態に復帰する。

列状に交互に連結された第１、第２連結コマ２１，２３（アーム部２）の方向転換は、搬送部のガイドローラ４０を射出部３０と第１支持体１１ａとの間に配置することで、容易に実現することができる。すなわち、本実施形態に係るロボットアーム機構の直動伸縮機構は、簡易な構成で一定の剛性を備える柱状体を実現することができる。

（変形例１）
図１０は、本実施形態の変形例１に係るロボットアーム機構の収納部を示す側面図である。変形例１において、第２支持体１１ｂは半円と四角形とが合成された側面形状をなす箱形状体である。第２支持体１１ｂは第１支持体１１ａ上に第１、第２回転軸ＲＡ１、ＲＡ２周りに回転自在、つまり旋回自在及び起伏自在に支持され、アーム部２は第２支持体１１ｂとともに旋回し、また起伏される。変形例１では、アーム部２が第２支持体１１ｂの内部に収納されるため、第２支持体１１ｂを収納部ともいう。

第２支持体１１ｂの内部には、第１、第２連結コマ２１，２３を内側に巻き取るための円形又は多角形のリール１３が収容されている。アーム部２の最後尾の連結コマ２１又は２３は、リール１３の円周面に接続される。リール１３の回転軸は、第２回転軸ＲＡ２に平行に配置される。リール１３の回転はモータ５５により駆動される。典型的には、このモータ５５はリール１３とドライブギア５０との共通アクチュエータとして両駆動で兼用される。リール１３の回転軸は、モータ５５のドライブシャフトに減速器又はベルト機構を介して接続され、その減速比はアーム伸縮速度に連動してアーム部２を送り出し、巻き取るよう調整されている。先頭のガイドローラ４０により分離された第１、第２連結コマ２１，２３は、リール１３により円弧状に丸められた状態で第２支持体１１ｂ内に収納される。このように、第１、第２連結コマ２１，２３を円弧状に丸めて収納させるようにしたことで、前方の第１連結コマ２１のフック２１３と後方の第１連結コマ２１のフック２１１との干渉と、前方の第２連結コマ２３のフック２３３と後方の第２連結コマ２３のフック２３１との干渉とを回避し、収納スペース長を短縮することができる。

（変形例２）
図１１は、本実施形態の変形例２に係るロボットアーム機構のアーム部２を示す斜視図である。図１２は、図１１の第１連結コマ２１を示す図である。図１３は、図１１の第２連結コマ２３を示す図である。第２連結コマ２３を挟んで前後する第１連結コマ２１のうち、後方の第１連結コマ２１のフック２１１の先端の鉤形部分と、前方の第１連結コマ２１のフック２１３の受け孔部分とは、第２連結コマ２３の本体部分２３０の上部においてオーバーラップするよう構成できれば、第１本体部分２１０の前方に突出するフック２１１の突出長Ｌ１２と第１本体部分２１０の後方に突出するフック２１３の突出長Ｌ１３とは、同じ長さでなくともよい。

例えば、図１１、図１２に示すように、第１本体部分２１０の前方に突出する一対のフック２１１の突出長Ｌ１２は、第２本体部分２３０の長さＬ２１の１／２未満であって、第１本体部分２１０の後方に突出する一対のフック２１３の突出長Ｌ１３よりも短く構成されてもよい。同様に、図１１、図１３に示すように、第２本体部分２３０に対して前方に突出する一対のフック２３１の突出長Ｌ２２は、第１本体部分２１０の長さＬ１１の１／２未満であって、第２本体部分２３０に対して後方に突出する一対のフック２３３の突出長Ｌ２３よりも短く構成されてもよい。このように、第１、第２連結コマ２１，２３の前方に突出するフック長を短縮することで、第１、第２連結コマ２１，２３が先頭のガイドローラ４０を中心に回転するときの、第２支持体１１ｂの上方のスペースを小さくすることができる。また、第１、第２連結コマ２１，２３の前方に突出するフック長を短縮することで、第１、第２連結コマ２１，２３が先頭のガイドローラ４０を中心に回転するときの、フック２１１，２３１の鉤形部分の力のモーメントを小さくすることができ、フック２１１、２３１の鉤形部分がフック２１３、２３３の孔に嵌合するときの負荷及び嵌合音を小さくすることができる。

なお、図示しないが、第１本体部分２１０の後方に突出する一対のフック２１３の突出長Ｌ１３は、第２本体部分２３０の長さＬ２１の１／２未満であって、第１本体部分２１０の前方に突出する一対のフック２１１の突出長Ｌ１２よりも短く構成されてもよい。同様に、第２本体部分２３０に対して後方に突出する一対のフック２３３の突出長Ｌ２３は、第１本体部分２１０の長さＬ１１の１／２未満であって、第２本体部分２３０に対して前方に突出する一対のフック２３１の突出長Ｌ２２よりも短く構成されてもよい。このように、第１、第２連結コマ２１，２３の後方に突出するフック長を短縮することで、例えば、第１、第２連結コマ２１，２３が先頭のガイドローラ４０を中心に回転するときの、第２支持体１１ｂの後方スペースを小さくすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…基部、２…アーム部、４…手首部、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…回転関節部、Ｊ３…直動関節部、１１ａ…第１支持体（収納部）、１１ｂ…第２支持体、１１ｃ…第３支持体、２１…第１連結コマ、２３…第２連結コマ

Claims

回転関節部と直動伸縮関節部とを有するロボットアーム機構において、
前記直動伸縮関節部は、
背面側において屈曲自在に連結される複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲拘束により柱状体が構成される、
前記柱状体を支持する支持部と、
前記屈曲状態の連結コマを前記支持部と異なる方向に収納する格納部と、
前記支持部と前記格納部との間で前記連結コマを搬送する搬送部とを具備し、
前記連結コマは、形状の異なる第１、第２の２種類設けられ、前記第１、第２連結コマは交互に配列され、
前記第１連結コマにはその表面側の前後それぞれに第１フックが設けられ、前後の第１連結コマはその間の前記第２連結コマを挟んで前後の第１フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第１フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、
前記第２連結コマにはその表面側の前後それぞれに第２フックが設けられ、前後の第２連結コマはその間の前記第１連結コマを挟んで前後の第２フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第２フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、
前記支持部と前記格納部との間の方向転換により前記第１、第２連結コマの屈曲拘束状態／屈曲状態が転換されることを特徴とするロボットアーム機構。
前記第１フックは、前記第１連結コマの筒状体を有する第１本体部分の上部左右それぞれに設けられ、
前記第２フックは、前記第２連結コマの筒状体を有する第２本体部分の上部中央に設けられることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
前記第１連結コマの前後の前記第１フックの合計長は、前記第２連結コマの第２本体部分の長さより長く、
前記第２連結コマの前後の前記第２フックの合計長は前記第１本体部分の長さより長いことを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
前記第１連結コマの前後の前記第１フックは異なる長さを有し、
前記第２連結コマの前後の前記第２フックは異なる長さを有することを特徴とする請求項３記載のロボットアーム機構。
前記第１連結コマの後方の前記第１フックは、前記第１連結コマの前方の前記第１フックより長く、
前記第２連結コマの後方の前記第２フックは、前記第２連結コマの前方の前記第２フックより長いことを特徴とする請求項４記載のロボットアーム機構。
前記第１、第２本体部分は断面ロ字形を有し、
前記柱状体の上面が平面を成すよう前記第１、第２本体部分及び第１、第２フックが形成されていることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
前記第２本体部分は前記第１本体部分と同じ外形状を有することを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
前記第２本体部分は前記第１本体部分と同じ長さを有することを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
前記収納部は、前記第１、第２の連結コマを巻き取る巻取部を有することを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。