JP6645741B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、関節機構を介して基体に延設された可動リンクを備えたロボットに関する。

従来、関節機構を介して基体に連結された可動リンクのエンドエフェクタによって、様々な作業を行うロボットがある。

この種のロボットとして、人間と同様に、胴体部である基体と、基体の上部に設けられた頭部と、基体の上部左右両側から延設された左右の腕体と、腕体の先端部に取り付けられた手部と、基体の下部から下方に延設された左右の脚体と、脚体の先端部に取り付けられた足平部とを備えたロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のロボットは、人間の肩関節、肘関節、手首関節、股関節、膝関節、足首関節等の関節に相当する複数の関節機構において、腕体や脚体といった可動リンクを屈伸運動させることができるようになっている。

特許第４７７４９６４号公報

ところで、従来のロボットは、可動リンクを基体に延設するための関節機構が基体の外部に設けられている。例えば、特許文献１のロボットでは、肩関節に相当する関節機構が、基体である胴体部の側方に設けられている。

そのため、従来のロボットでは、可動リンクに設けられたエンドエフェクタを用いて作業を行う場合やロボットを移動させる場合に、基体部の大きさの他、関節機構の大きさが大きく影響するので、その関節機構の大きさも考慮して、作業や移動のためのスペースを定めなければならないという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、作業や移動のために必要なスペースが少なくて済むロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、基体と、関節機構と、関節機構を介して基体に連結された可動リンクとを備えたロボットであって、基体は、基体の第１の端面から、基体の第１の端面と隣接する第２の端面に亘って開口している開口部を有し、関節機構は、開口部の内部に配置されている第１の関節部と、開口部の外部で第１の関節部に隣接するように配置されている第２の関節部とを有し、第１の関節部は、第２の関節部を、基体に対して、第１の軸線周りに回動可能に連結し、第２の関節部は、可動リンクを、第１の関節部に対して、第１の軸線とねじれの位置にある第２の軸線周りに回動可能に連結していることを特徴とする。
また、本発明のロボットにおいては、第１の軸線は、ヨー軸方向に延びる軸線であり、第２の軸線は、ロール軸方向に延びる軸線であるように構成してもよい。

ここで、基体の「幅」とは、鉛直方向では、通常使用される状態において、基体の最も高い位置から最も低い位置までの間を指す。同様に、水平方向では、通常使用される状態において、基体の最も前方となる位置から最も後方となる位置までの間、又は、最も右側となる位置から最も左側となる位置までの間を指す。

このように、可動リンクの回動の支点が基体の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように構成することで、関節機構の少なくとも一部が基体の幅の範囲内に位置することになる。これにより、関節機構全体が基体の外部に設けられた従来のロボットよりも、高さを低く、幅を小さくすることができる。

また、このように構成すると、関節機構の一部及び可動リンクを移動させることによって、一時的にロボットの高さを低くしたり、幅を狭くしたりすることができる。

例えば、可動リンクが基体の側方側にあってヨー軸周りに回動する場合、又は、可動リンクが基体の上方側にあってピッチ軸周りに回動する場合には、可動リンクを基体の前方側や後方側に移動させることができる。また、可動リンクが基体の側方側にあってロール軸周りに回動する場合には、可動リンクを基体の側方側から上方側に移動させることができる。

したがって、本発明のロボットよれば、可動リンクの回動を行っていない状態でも、従来のロボットよりも高さが低く、幅を小さく構成することができる。また、関節機構の一部及び可動リンクを移動させることによって、一時的にさらに高さを低くしたり、幅を小さくしたりすることもできる。そのため、ロボットの作業や移動のために必要なスペースが少なくて済む。

また、基体が上下方向に延びる中心軸線の周りに回動するロボットの場合には、本発明によれば、重量の大きい関節機構の重心位置が従来のロボットよりも基体の中央に近い位置となるので、基体が回転した際に関節機構によって生じる慣性モーメントが低減される。

したがって、本発明のロボットによれば、慣性モーメントの影響が小さくなるので、ロボットの動作の制御が容易になる。また、基体の関節機構を保持する部分に加わる負荷が小さくなるので、ロボットの各部を構成する部材の寿命を長くすることができる。

また、本発明のロボットにおいては、関節機構は、可動リンクが回動していない基準姿勢時に可動リンクが位置する基体の面側とは異なる面側に可動リンク全体が移動するように、可動リンクを基体に対して回動可能に連結しているが好ましい。

可動リンクには、各種作業を行うためのエンドエフェクタが取り付けられる。そこで、このように、可動リンク全体が、上記の基準姿勢時に可動リンクが位置する基体の面側とは異なる面側に、移動可能に構成すれば、可動リンクの先端位置を移動後の面側においてさらに遠い位置に移動させることができるようになるので、従来のロボットよりも、作業可能な範囲を大きくすることができる。

例えば、可動リンクがヨー軸周りに回動し、可動リンクが基準姿勢時には基体の側方に位置している場合には、可動リンク全体を基体の前方又は後方に移動可能に構成することによって、可動リンクの先端位置をさらに基体の前方又は後方にすることができるようになる。これにより、従来のロボットよりも、作業可能範囲を大きくすることができる。

また、本発明のロボットにおいては、可動リンクは、複数のリンク部と、隣接するリンク部の間に配置された関節部とを有し、可動リンクの基体に対する回動の中心軸線は、基体の鉛直方向又は水平方向に対して傾斜していることが好ましい。

可動リンクが複数のリンク部と関節部とを有している場合、各リンク部が同軸となる状態（いわゆる特異点状態又は特異点姿勢）になることがある。この状態ではいずれかの関節部の動作が制限されて、可動リンクの先端部の動作性が低下してしまう場合がある。

そこで、上記のように、可動リンクの基体に対する回動の中心軸線（すなわち、関節機構における可動リンクの回動の中心軸線）を基体の鉛直方向又は垂直方向に対して傾斜させておけば、通常の作業を行う場合の位置（例えば、基体の前面、背面、側面又は上面）に可動リンクを位置させた際にも、特異点状態が生じる事態を回避しやすくなるので、可動リンクの円滑な動作性を確保することができる。

また、本発明のロボットにおいては、可動リンクは、複数のリンク部と、隣接するリンク部の一方を他方に対して相対的に回動させる駆動部を有し、駆動部は、可動リンクが回動していない基準姿勢時に、可動リンクの基体側に位置していることが好ましい。

駆動部は、一般的にアクチュエータ等の駆動源や減速機等を組み合わせたものが用いられるので、可動リンクを構成する部材としてはサイズが比較的大きく、ロボットの移動時等に外部環境に接触してしまうことが多い。そこで、上記のように、駆動部を基準姿勢時には可動リンクの基体側に位置するように構成すれば、駆動部と外部環境との接触を回避しやすくなる。

また、本発明のロボットにおいては、複数の可動リンクと、各々の可動リンクを基体に対して同方向に回動可能に連結する複数の関節機構とを備え、各々の可動リンクは、関節機構を介して基体に連結された第１リンク部と、エンドエフェクタが設けられ、その第１リンク部に回動可能に連結された第２リンク部とを有し、第１リンク部は、第２リンク部よりも軸方向の長さが短いことが好ましい。

ロボットは、可動リンクの回動によって移動する場合がある。例えば、可動リンクの先端に対象物を把持するようなエンドエフェクタが設けられている場合には、可動リンクの回動とそのエンドエフェクタの動作とによって、移動する場合がある。そのような移動時には、可動リンクが動作する際に、可動リンクが外部環境に接触してしまうおそれがある。

例えば、ロボットが人型であり、肩関節と肘関節と手首関節において各リンクをピッチ軸周りに回動させて梯子を上るような場合、肘関節が梯子の横木に接触してしまうおそれがある。

そこで、上記のように、基体に連結された（すなわち、回動の支点に近い）第１リンク部をその先端側の第２リンク部よりも短く構成すれば、エンドエフェクタを移動させるために必要となる可動リンクの移動するスペースを抑えることができるので、狭い通路や背かご梯子を上るような場合であっても、外部環境との接触を回避しやすくなる。

本発明の実施形態に係るロボットの構成を模式的に示す正面図。 図１のロボットの関節機構の自由度を模式的に示す斜視図。 図１のロボットの二足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットの四足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットの肩関節機構及び腕体の構造を示す斜視図。 図１のロボットの肩関節機構周辺の構造を示す平面図であり、６Ａは腕リンクを上部基体に対して回動させていない状態を示し、６Ｂは上部基体に対して腕リンクを回動させた状態を示す。 図１のロボットが梯子を上る動作を行っている状態を例示する斜視図であり、７Ａは左右の腕リンクのハンド部によって同じ横木をつかんでいる状態を示し、７Ｂは左右の腕リンクのハンド部によって異なる横木をつかんでいる状態を示す。 本発明の実施形態の変形例に係るロボットの自由度の構成を模式的に示す斜視図。

以下、図面を参照して、本発明に係るロボットの実施形態を説明する。本実施形態のロボット１は、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。

ただし、本発明におけるロボットは、このように構成された人型のロボットに限定されるものではなく、その他の工業用ロボット等、基体と、関節機構と、関節機構を介して基体に連結された可動リンクとを備えたロボットであれば、本実施形態のロボット１とは異なる形態のロボットも含まれるものである。

まず、図１を参照して、本実施形態のロボット１の構成を説明する。

ロボット１の胴体は、上部基体１０と、上部基体１０の下方に配置された下部基体１１と、上部基体１０と下部基体１１との間に設けられた腰関節機構１２とで構成されている。上部基体１０と下部基体１１とは、人間の腰関節に対応する腰関節機構１２を介して、相対的に回動可能に連結されている。

ロボット１の頭部は、周囲の環境を認識するための環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａである。環境認識ユニット２０ａに搭載されている外部環境を撮像するためのカメラや外部環境までの距離を認識するためのセンサは、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂによって制御されている。環境認識ユニット２０ａは、人間の首関節に対応する首関節機構２１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

なお、本実施形態のロボット１が人型のロボットであるので、人間の頭部に対応する環境認識ユニット２０ａを上部基体１０の上方に設けている。しかし、本発明のロボットの環境認識ユニットは、このような構成に限定されるものではなく、ロボットの使用環境等に応じて、上部基体の上部以外の位置（例えば、上部基体の前方等）に設けてもよい。

ロボット１の左右の腕体は、上部基体１０の上部左右両側から延設された一対の腕リンク３０（可動リンク）である。各々の腕リンク３０は、人間の肩関節に対応する肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａ（第１リンク部）と、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂ（第２リンク部）と、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃとで構成されている。第１腕リンク部３０ａは、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂは、肘関節機構３０ｃを介して、第１腕リンク部３０ａに対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂの先端には、人間の手に対応するハンド部４０が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、腕体である腕リンク３０を、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、肘関節機構３０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの腕体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

ハンド部４０は、エンドエフェクタの一例である。このハンド部４０は、人間の手首関節に対応する手首関節機構４１を介して、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂに対して回動可能に連結されている。本実施形態のロボット１では、ハンド部４０と腕リンク３０とで、マニピュレータとしてのロボットアームが構成されている。

ロボット１の左右の脚体は、下部基体１１の下部から下方に延設された左右一対の脚リンク５０である。各々の脚リンク５０は、人間の股関節に対応する股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して独立して回動可能に連結されている。

脚リンク５０は、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａと、人間の下腿に対応する第２脚リンク部５０ｂと、人間の膝関節に対応する膝関節機構５０ｃとで構成されている。第１脚リンク部５０ａは、股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂは、膝関節機構５０ｃを介して、第１脚リンク部５０ａに対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂの先端には、人間の足に対応する足平部６０が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、脚体である脚リンク５０を、第１脚リンク部５０ａと、第２脚リンク部５０ｂと、膝関節機構５０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの脚体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

足平部６０は、人間の足首関節に対応する足首関節機構６１を介して、脚リンク５０の第２脚リンク部５０ｂに対して、回動可能に連結されている。

次に、図２を参照して、本実施形態のロボット１の関節機構の自由度について説明する。

なお、本実施形態の説明では、各関節機構が各部材を回動させる方向は、特にことわらない限り、いずれの関節機構も連結された部材を回動させていない姿勢（以下、「基準姿勢」という。）を基準として説明する。本実施形態のロボット１の場合、基準姿勢は、ロボット１が起立した状態（上部基体１０、下部基体１１、各腕リンク３０及び各脚リンク５０をほぼ鉛直方向に伸ばした状態）となる。

また、本実施形態の説明では、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸は、それぞれ図２に示すように、ロボット１が基準姿勢のときにおけるロボット１の鉛直方向の軸（Ｚ軸）、左右方向の軸（Ｙ軸）、前後方向の軸（Ｘ軸）を意味する。この場合、ヨー軸は、上部基体１０及び下部基体１１の体幹軸である。

腰関節機構１２は、上部基体１０の下方に配置された第１腰関節機構１２ａと、第１腰関節機構１２ａと下部基体１１との間に配置された第２腰関節機構１２ｂとで構成されている。

第１腰関節機構１２ａは、上部基体１０を、下部基体１１及び第２腰関節機構１２ｂに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。第２腰関節機構１２ｂは、上部基体１０及び第１腰関節機構１２ａを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、上部基体１０に対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

腕リンク３０の肘関節機構３０ｃは、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂを、人間の上腕に他墺摺る第１腕リンク部３０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

肩関節機構３１は、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａと、第１肩関節機構３１ａの側方であって上部基体１０の外側に配置された第２肩関節機構３１ｂと、第２肩関節機構３１ｂ及び腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの間に配置された第３肩関節機構３１ｃとで構成されている。

ここで、基体の「幅」とは、鉛直方向では、通常使用される状態において、基体の最も高い位置から最も低い位置までの間を指す。同様に、水平方向では、通常使用される状態において、基体の最も前方となる位置から最も後方となる位置までの間、又は、最も右側となる位置から最も左側となる位置までの間を指す。

第１肩関節機構３１ａは、第２肩関節機構３１ｂを、上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２肩関節機構３１ｂは、第３肩関節機構３１ｃを、第１肩関節機構３１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。第３肩関節機構３１ｃは、腕リンク３０を、第２肩関節機構３１ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

手首関節機構４１は、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂのハンド部４０側に配置された第１手首関節機構４１ａと、第１手首関節機構４１ａのハンド部４０の間に配置された第２手首関節機構４１ｂとで構成されている。

第１手首関節機構４１ａは、第２手首関節機構４１ｂを、第２腕リンク部３０ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０を、第１手首関節機構４１ａに対してロール軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結している。

脚リンク５０の膝関節機構５０ｃは、人間の下肢に対応する第２脚リンク部５０ｂを、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

股関節機構５１は、下部基体１１の下方に配置された第１股関節機構５１ａと、第１股関節機構５１ａの脚リンク５０側に配置された第２股関節機構５１ｂとで構成されている。

第１股関節機構５１ａは、第２股関節機構５１ｂを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２股関節機構５１ｂは、脚リンク５０を、第１股関節機構５１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

足首関節機構６１は、足平部６０を、第２脚リンク部５０ｂに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

なお、本発明のロボットにおける腰関節機構、首関節機構、肘関節機構、手首関節機構、膝関節機構、股関節機構、足首関節機構の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、ロボットの用途やロボット内の関節の配置スペースに応じて、適宜変更してよい。例えば、いずれかの関節機構を省略してもよいし、上記以外の関節機構を追加してもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のロボット１の２つの歩行モードについて説明する。なお、図３においては、理解を容易にするために、腕リンク３０を図示省略している。

なお、本実施形態の説明において、ハンド部４０又は足平部６０を「接地させる」とは、ハンド部４０又は足平部６０がロボット１に作用する力に抗する接触反力を受けるように、ハンド部４０又は足平部６０を外部環境に接触させることを意味する。

図３に示すように、二足歩行モードでは、一対の脚リンク５０の一方の先端の足平部６０を地面Ａに接地させた状態（その一方の脚リンク５０を支持脚とした状態）で、他方の脚リンク５０の先端の足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その他方の脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、脚リンク５０のそれぞれの遊脚としての動作は、交互に行われる。また、図示省略した腕リンク３０は、非接地状態となっている。

図４に示すように、四足歩行モードでは、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの２つ又は３つを地面Ａに接地させた状態（その２つ又は３つの腕リンク３０及び脚リンク５０を支持脚とした状態）で、残りの２つ又は１つのハンド部４０又は足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの２つ又は１つの腕リンク３０又は脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、遊脚として動作させる腕リンク３０又は脚リンク５０は、所定の規則で周期的に切り替えられる。

ただし、四足歩行モードの動作は、上記の動作に限定されるものではない。例えば、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの１つを地面Ａに接地させた状態（その１つのハンド部４０又は足平部６０を支持脚とした状態）で、残りの３つのハンド部４０及び足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの３つのハンド部４０又は足平部６０を遊脚として動作させること）を繰り返すようにすることも可能である。

また、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０を一斉に空中に移動させて（すなわち、ロボット１をジャンプさせて）、さらに接地させることを繰り返すようにすることも可能である。

次に、図５〜図７を参照して、本実施形態のロボット１の腕リンク３０、肩関節機構３１及び手首関節機構４１の構成について詳細に説明する。なお、図５及び図６においては、理解を容易にするために、上部基体１０は人間の胸部に対応する部分のみを示し、腕リンク３０及びハンド部４０は右側のものだけを示している。

図５に示すように、腕リンク３０を上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能としている第１肩関節機構３１ａは、腕リンク３０のヨー軸周りの回動の支点Ｐが上部基体１０の鉛直方向（Ｚ軸方向）の幅及び水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の幅の範囲内に位置するように、構成されている。

すなわち、ロボット１は、肩関節機構３１の一部である第１肩関節機構３１ａが上部基体１０の幅の範囲内にしているので、肩関節機構の全て（腕リンクの回動の支点の全て）が基体の外側に位置している従来のロボットよりも、基準姿勢時における幅が小さくなっている。

また、本実施形態のロボット１は、腰関節機構１２の第２腰関節機構１２ｂによって、上部基体１０が下部基体１１に対して体幹軸であるヨー軸周りに回動可能となっている（図２参照。）。このような構成の場合、上部基体１０が回動した際に関節機構によって生じる慣性モーメントは、重量の大きい関節機構の重心位置に大きく影響されることになる。

しかし、本実施形態のロボット１の肩関節機構３１の一部である第１肩関節機構３１ａが上部基体１０の幅の範囲内にしているので、肩関節機構の全てが基体の外側に位置している従来のロボットよりも、肩関節機構３１の重心位置が体幹軸に近い位置になっている。

そのため、本実施形態のロボット１は、上部基体１０の下部基体１１に対する回動時やロボット１全体がヨー軸周りに回転したときにおける慣性モーメントの影響が従来のロボットよりも小さいので、従来のロボットよりも動作の制御が容易になっている。また、腰関節機構１２を保持する部分に加わる負荷が小さくなるので、従来のロボットよりも各部を構成する部材の寿命が長くなっている。

図６Ａに示すように、ロボット１では、腕リンク３０の先端に取り付けられたハンド部４０を上部基体１０の前方（図６Ａにおいては紙面左側）に位置させる場合に、腕リンク３０を、肩関節機構３１を構成する機構のうち、上部基体１０の外部にある第２肩関節機構３１ｂのみによって、ピッチ軸周りに回動させるという方法をとることができる。この方法は、従来のロボットでも用いられている方法である。

また、図６Ｂに示すように、ロボット１では、同様の場合に、腕リンク３０を、肩関節機構３１を構成する機構のうち、上部基体１０の外部にある第２肩関節機構３１ｂによってピッチ軸周りに回動させた後（図６Ａの状態にした後）、さらに、第２肩関節機構３１ｂによって腕リンク３０をヨー軸周りに回動させるとともに、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａによってヨー軸周りに回動させるこという方法もとることができる。

このように、ロボット１は、腕リンク３０全体を基準姿勢時に位置している上部基体１０の側面から前面に移動可能に構成しているので、人間が肩をすぼめる動作に対応する動作を行うことができ、一時的に幅を小さくすることができる。

また、ロボット１は、図６からも明らかなように、腕リンク３０の先端に取り付けられたハンド部４０を上部基体１０の前方に位置させる場合において、従来のロボットと同様の位置までハンド部４０を位置させること（図６Ａの状態にすること）ができるとともに、従来のロボットよりも基体から離れた位置までハンド部４０を位置させること（図６Ｂの状態にすること）ができる。そのため、本実施形態のロボット１は、従来のロボットよりも、作業範囲を大きくすることができる。

また、図５に示すように、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａと人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂとの間に、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃを有している。

肘関節機構３０ｃは、その内部に、第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとを相対的に回動させるための駆動部３０ｄが配置されている。駆動部３０ｄは、アクチュエータ等の駆動源や減速機等を組み合わせたものであるので、腕リンク３０を構成する部材としてはサイズが比較的大きい。

そこで、ロボット１では、基準姿勢時において駆動部３０ｄが腕リンク３０の上部基体１０側に位置するように構成することによって、駆動部３０ｄと外部環境との接触を回避している。

また、図６に示すように、腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの軸方向の長さｘ１は、第２腕リンク部３０ｂの軸方向の長さｘ２よりも短く形成されている。長さｘ１は、第１腕リンク部３０ａをピッチ軸周りに回動させる第２肩関節機構３１ｂの中心軸線から、肘関節機構３０ｃの中心軸線までの距離である。また、長さｘ２を、肘関節機構３０ｃの中心軸線から、第２腕リンク部３０ｂをピッチ軸周りに回動させる第２手首関節機構４１ｂの中心軸線までの距離である。

このように構成しているので、ロボット１は、肩関節機構３１におけるピッチ軸周りの回動、肘関節機構３０ｃにおけるピッチ軸の回動、手首関節機構４１におけるピッチ軸周りの回動を行う場合（例えば、図７に示すように、腕リンク３０の先端に取り付けられたハンド部４０を用いて、梯子Ｌの横木をつかんで梯子を上るという動作を行う場合）に、肘関節機構３０ｃと外部環境との接触を回避しやすい。

例えば、ロボット１が梯子Ｌを上る場合、まず、図７Ａに示すように、ロボット１は、左右の腕リンク３０の先端のハンド部４０によって、同一の横木をつかんだ状態となる。その後、図７Ｂに示すように、ロボット１は、一方の腕リンク３０のみを上方に移動させ、その腕リンク３０のハンド部４０によって、他方の腕リンク３０のハンド部４０がつかんでいる横木よりも上方にある横木をつかむ。

そのように腕リンク３０を移動させる場合に、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａの長さが短いほど、その腕リンク３０の移動時における肘関節機構３０ｃの、上部基体１０に対する前方への突出量は小さくなる（すなわち、肩関節機構３１を中心とした肘関節機構３０ｃの回動における軌跡の半径が小さくなる）。

そのため、ハンド部４０の鉛直方向の移動量が同じ場合には、第１腕リンク部３０ａの長さｘ１が第２腕リンク部３０ｂの長さより短いほど、肘関節機構３０ｃと外部環境（梯子Ｌの横木）との接触を回避しやすい。

なお、腕リンク３０の他、脚リンク５０においても同様の構成を採用するようにしてもよい。その場合には、下部基体１１に近い第１脚リンク部５０ａを、第２脚リンク部５０ｂよりも短く形成すればよい。

ところで、本実施形態のロボット１では、各関節機構における回動の中心軸線は、基準姿勢時における上部基体１０及び下部基体１１の鉛直方向及び水平方向に対して、ほぼ平行に構成されている（図２参照。）。

このように構成すると、腕リンク３０が第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂと肘関節機構３０ｃとを有しているので、第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとが同軸となる状態（いわゆる特異点状態又は特異点姿勢）になることがある。

この状態では肘関節機構３０ｃの動作が制限されるので（すなわち、第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとが一直線に並ぶ状態を維持しなければならないので）、腕リンク３０は肩関節機構３１及び手首関節機構４１による回動しかできなくなってしまい、腕リンク３０の先端に取り付けられたハンド部４０の動作性が低下してしまう。

そこで、腕リンク３０の上部基体１０に対する回動の中心軸線（すなわち、肩関節機構３１における腕リンク３０の回動の中心軸線）を、上部基体１０の鉛直方向又は垂直方向に対して傾斜させておけば、通常の作業を行う場合の位置（例えば、上部基体１０の前面、背面、側面又は上面）に腕リンク３０を位置させた際にも、特異点状態が生じる事態を回避しやすくなるので、腕リンク３０の先端（すなわち、ハンド部４０）の円滑な動作性を確保することができる。

例えば、図８に示す上記実施形態の変形例のように、肩関節機構３１の第１肩関節機構３１ｄにおける回動の中心軸線をＹ軸又はＺ軸に対して傾斜させた構成にすれば、ハンド部４０を上部基体１０の側方において最も離れるように移動させたとしても、腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとが一直線に並ぶことがない（腕リンク３０が特異点状態になることがない）ので、ハンド部４０の円滑な動作性を確保することができる。

また、本実施形態のロボット１は、上記したように、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。

四足歩行モードでは二足歩行モードに比べ、ロボット１全体の高さを低くすることができる。また、四足歩行モードであっても、二足歩行モードと同様に、第１腕リンク部３０ａ全体を第１肩関節機構３１ｄ周りに回動させて、腕リンク３０全体を基体の下方側（二足歩行モードにおける基体の前方側）に移動させれば、ロボット１の水平方向の幅を小さくすることができる。

また、肩関節機構３１における回動の自由度が従来のロボットよりも高いので、四足歩行モードにおいては、腕リンク４０によって、地面の凹凸を容易に吸収することができる。その結果、頭部である環境認識ユニット２０ａの位置を安定させることができる。

そのため、ロボット１では、例えば、狭所を移動する際にも、四足歩行モードに切り替えることによって、従来の二足歩行ロボットでは行うことのできなかったスムーズな移動を行うことができる。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態においては、肩関節機構３１を構成する機構のうち、腕リンク３０をヨー軸周りに回動させる第１肩関節機構３１ａの支点Ｐが、上部基体１０の幅の範囲内に位置するように構成している。しかし、本発明のロボットはこのような構成に限定されるものではなく、基体の幅の範囲内に位置する関節機構が、連結された可動リンクをピッチ軸周り又はロール軸周りに回動可能とするものであってもよい。

また、上記実施形態においては、駆動部３０ｄがロボット１の基準姿勢時において、上部基体１０側に位置するように構成されているが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、ロボットの形状や駆動源のサイズ等に応じて、適宜駆動源の配置位置を変更してもよい。

また、上記実施形態においては、腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａを、第２腕リンク部３０ｂよりも、軸方向の長さが短くなるように構成している。しかし、本発明のロボットはこのような構成に限定されるものではなく、可動リンクの第１リンク部と第２リンク部との長さを同一にしてもよいし、第１リンク部の軸方向の長さを第２リンク部よりも長くしてもよい。

また、上記実施形態においては、第１腕リンク部３０ａの長さｘ１と第２腕リンク部３０ｂの長さｘ２を、ピッチ軸周りの中心軸線を基準として説明している。しかし、本発明のロボットはこのような構成に限定されるものではなく、第１リンク部の長さと第２リンクの長さは、それらの回動の方向に応じて、その回動の中心軸線を基準として定めればよい。

１…ロボット、１０…上部基体、１１…下部基体、１２…腰関節機構、１２ａ…第１腰関節機構、１２ｂ…第２腰関節機構、２０…環境認識装置、２０ａ…環境認識ユニット、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路、２１…首関節機構、３０…腕リンク（可動リンク）、３０ａ…第１腕リンク部（第１リンク部）、３０ｂ…第２腕リンク部（第２リンク部）、３０ｃ…肘関節機構（関節部）、３０ｄ…駆動部、３１…肩関節機構、３１ａ，３１ｄ…第１肩関節機構、３１ｂ…第２肩関節機構、３１ｃ…第３肩関節機構、４０…ハンド部、４１…手首関節機構、４１ａ…第１手首関節機構、４１ｂ…第２手首関節機構、５０…脚リンク、５０ａ…第１脚リンク部、５０ｂ…第２脚リンク部、５０ｃ…膝関節機構、５１…股関節機構、５１ａ…第１股関節機構、５１ｂ…第２股関節機構、６０…足平部、６１…足首関節機構、Ａ…地面、Ｌ…梯子、Ｐ…腕リンク３０のヨー軸周りの回動の支点、ｘ１…第１リンクの長さ、ｘ２…第２リンクの長さ。

Claims (6)

1. 基体と、関節機構と、前記関節機構を介して前記基体に連結された可動リンクとを備えたロボットであって、
   前記基体は、前記基体の第１の端面から、前記基体の前記第１の端面と隣接する第２の端面に亘って開口している開口部を有し、
   前記関節機構は、前記開口部の内部に配置されている第１の関節部と、前記開口部の外部で前記第１の関節部に隣接するように配置されている第２の関節部とを有し、
   前記第１の関節部は、前記第２の関節部を、前記基体に対して、第１の軸線周りに回動可能に連結し、
   前記第２の関節部は、前記可動リンクを、前記第１の関節部に対して、前記第１の軸線とねじれの位置にある第２の軸線周りに回動可能に連結していることを特徴とするロボット。
2. 請求項１に記載のロボットであって、
   前記第１の軸線は、ヨー軸方向に延びる軸線であり、
   前記第２の軸線は、ロール軸方向に延びる軸線であることを特徴とするロボット。
3. 請求項１又は請求項２に記載のロボットであって、
   前記関節機構は、前記可動リンクが回動していない基準姿勢時に前記可動リンクが位置する前記基体の面側とは異なる面側に前記可動リンク全体が移動するように、前記可動リンクを前記基体に対して回動可能に連結していることを特徴とするロボット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のロボットであって、
   前記可動リンクは、複数のリンク部と、隣接する前記リンク部の間に配置された関節部とを有し、
   前記可動リンクの前記基体に対する回動の中心軸線は、前記基体の鉛直方向又は水平方向に対して傾斜していることを特徴とするロボット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のロボットであって、
   前記可動リンクは、複数のリンク部と、隣接する前記リンク部の一方を他方に対して相対的に回動させる駆動部を有し、
   前記駆動部は、前記可動リンクが回動していない基準姿勢時に、前記可動リンクの前記基体側に位置していることを特徴とするロボット。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のロボットであって、
   複数の前記可動リンクと、各々の前記可動リンクを前記基体に対して同方向に回動可能に連結する複数の前記関節機構とを備え、
   各前記可動リンクは、前記関節機構を介して前記基体に連結された第１リンク部と、エンドエフェクタが設けられ、該第１リンク部に回動可能に連結された第２リンク部とを有し、
   前記第１リンク部は、前記第２リンク部よりも軸方向の長さが短いことを特徴とするロボット。