JP6799445B2 - ロボットの関節構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの関節構造体に関する。

第１部材に対して第２部材を直角な二軸の回りに相対的に回転させるロボットの関節構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、人型ロボットの胴体の下半部に対しその胴体の上半部を相対的に左右に回動させる腰ヨー軸駆動装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許５８７２８４６号 特開２００５−１６１４３６号公報

本発明者は、上記特許文献１等に開示されているロボットの関節構造とは異なる、新たな構造のロボットの関節構造を想到した。本発明は、新規な構造を備えるロボットの関節構造体を提供することを目的とする。

本発明に係るロボットの関節構造体は、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、本体と前記本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有し、前記関節部から離間した部分で、前記第１リンクと前記第２リンクとを連結している、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、前記第１直動アクチュエータ及び前記第２直動アクチュエータは、それぞれ、それぞれの軸心のなす角が直角となる二軸の回りに回動自在に、前記第１リンク及び前記第２リンクのそれぞれに接続され、前記関節部は、前記第１リンクに対して、前記第２リンクが第１軸部材又は第２軸部材の回りに回動可能に連結していて、前記第２リンクが直立状態にある場合に、前記第１軸部材と前記第２軸部材は、それぞれの軸心のなす角が直角となるように、かつ、それぞれの軸心が水平な方向に向くように、配設されている。

これにより、簡易な構成で、第１直動アクチュエータ又は第２直動アクチュエータを動作させることにより、互いに直交し、かつ、水平方向に向いている第１軸部材又は第２軸部材の回りに、第２リンクを第１リンクに対して、揺動させることができる。

また、第１リンクと第２リンクの接続方向（第１リンクと第２リンクが配置される方向）と第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータの軸部材の軸心方向とが略一致させることができるため、第１直動アクチュエータと第２直動アクチュエータの並び方向に対して、垂直な方向（具体的には、ロボットの厚み方向）の長さを小さくすることができる。このため、ロボットの小型化を図ることができる。

本発明のロボットの関節構造体によれば、簡易な構成で、第２リンクを第１リンクに対して、第１軸部材又は第２軸部材の回りに、揺動させることができる。

図１は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図である。 図２は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図である。 図３は、図１に示すロボットの関節構造体の概略構成を示す正面図である。 図４は、図１に示すロボットの関節構造体の概略構成を示す正面図である。 図５は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図である。 図６は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図である。 図７は、図１に示すロボットの関節構造体における制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係るロボットの関節構造体は、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、本体と本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有し、関節部から離間した部分で、第１リンクと第２リンクとを連結している、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータは、それぞれ、それぞれの軸心のなす角が直角となる二軸の回りに回動自在に、第１リンク及び第２リンクのそれぞれに接続され、関節部は、第１リンクに対して、第２リンクが第１軸部材又は第２軸部材の回りに回動可能に連結していて、第２リンクが直立状態にある場合に、第１軸部材と第２軸部材は、それぞれの軸心のなす角が直角となるように、かつ、それぞれの軸心が水平な方向に向くように、配設されている。

また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１直動アクチュエータと第２直動アクチュエータは、進退動作するときに、軸部材の軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されていてもよい。

また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、関節部は、第１リンクに、第１軸部材の回りに回動可能に支持されている第１部材と、第１部材に、第２軸部材の回りに回動可能に支持され、かつ、第２リンクと接続されている第２部材と、を有していてもよい。

さらに、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１直動アクチュエータと第２直動アクチュエータは、第１直動アクチュエータにおける軸部材の軸心と第２直動アクチュエータにおける軸部材の軸心とのなす角度が、鋭角となるように配設されていてもよい。

以下、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の一例について、図１〜図７を参照しながら説明する。

［ロボットの構成］
図１及び図２は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図であり、図１は、第２リンクが直立した状態を示し、図２は、第２リンクが搖動した状態を示す。図３及び図４は、図１に示すロボットの関節構造体の概略構成を示す正面図であり、図３は、第２リンクが直立した状態を示し、図４は、第２リンクが搖動した状態を示す。図５及び図６は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図であり、図５は、第２リンクが直立した状態を示し、図６は、第２リンクが搖動した状態を示す。

なお、図１及び図２においては、ロボットの関節構造体における上下方向、前後方向、及び左右方向を図における上下方向、前後方向、及び左右方向として表し、図３及び図４においては、ロボットの関節構造体における上下方向及び左右方向を図における上下方向及び左右方向として表している。また、図５及び図６においては、ロボットの関節構造体における上下方向及び前後方向を図における上下方向及び前後方向として表している。

図１〜図６示すように、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００は、第１リンク１０、第２リンク２０、第１直動アクチュエータ３０Ａ、第２直動アクチュエータ３０Ｂ、関節部４０、及び制御装置１０１を備えていて、第１直動アクチュエータ３０Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂが進退動作をすることで、第２リンク２０が第１リンク１０に対して、相対的に揺動するように構成されている。第１リンク１０と第２リンク２０は、関節部４０を介して、揺動自在に連結されている。また、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂは、関節部４０から離間した部分で、第１リンク１０と第２リンク２０とを連結している。

なお、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００は、例えば、第１リンク１０がロボットの胴体の上半身部分を構成し、第２リンク２０がロボットの胴体の下半身部分を構成し、関節部４０がロボットの腰関節を構成する形態であってもよい。また、制御装置１０１は、第１リンク１０に配置されていてもよく、第２リンク２０に配置されていてもよく、後述する第１直動アクチュエータ３０Ａの第３筐体３３Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂの第３筐体３３Ｂ内に配置されていてもよい。

第１リンク１０は、格子状に形成されていて、第１フレーム１１と、第２フレーム１２と、基台１３と、第１板状部材１４Ａ、１４Ｂと、第１柱状部材１５Ａ、１５Ｂと、第２板状部材１６Ａ、１６Ｂと、第２柱状部材１８Ａ〜１８Ｄと、を有している。

第１フレーム１１及び第２フレーム１２は、板状に形成されていて、基台１３は、略直方体状に形成されていて、その下面の前方部分と後方部分が切り欠かれている。また、基台１３の左右の側面には、貫通孔が形成されていて、当該貫通孔には、第１軸部材５１が挿通されている。第１軸部材５１は、その軸心が左右方向に向くように配置されている。なお、基台１３の貫通孔には、軸受部材（例えば、ベアリング等）が配置されていてもよい。

第１フレーム１１の下方に、第２フレーム１２が配置されていて、第２フレーム１２の下方に、基台１３が配置されている。そして、第１フレーム１１と第２フレーム１２は、第２板状部材１６Ａ、１６Ｂと第２柱状部材１８Ａ〜１８Ｄにより、接続されている。また、第２フレーム１２と基台１３は、第１板状部材１４Ａ、１４Ｂと第１柱状部材１５Ａ、１５Ｂにより、接続されている。なお、基台１３は、後述する関節部４０の第１部材４１の凹部に嵌入されている。また、第１部材４１は、第１軸部材５１により、回動自在に基台１３に接続されている。

具体的には、第２板状部材１６Ａ、１６Ｂは、それぞれ、第１フレーム１１の前面と第２フレーム１２の前面を架橋するように取り付けられている。第２柱状部材１８Ａ〜１８Ｄは、それぞれ、第１フレーム１１と第２フレーム１２に挟まれていて、第１フレーム１１の主面（下面）を支持するように、第２フレーム１２の上面から突設されている。また、第１板状部材１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ、第２フレーム１２の後面と基台１３の後面を架橋するように取り付けられている。第１柱状部材１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、第２フレーム１２と基台１３に挟まれていて、第２フレーム１２の下面を支持するように、基台１３の上面から突設されている。

また、第１リンク１０の第２板状部材１６Ａの前面には、突起部１７Ａが設けられていて、第２板状部材１６Ｂの前面には、突起部１７Ｂが設けられている。突起部１７Ａには、第１直動アクチュエータ３０Ａの基端部が、直角な二軸（第１軸６１Ａと第２軸６２Ａ）の回りに回動自在に接続されている。同様に、突起部１７Ｂには、第２直動アクチュエータ３０Ｂの基端部が、直角な二軸（第１軸６１Ｂと第２軸６２Ｂ）の回りに回動自在に接続されている。

なお、第１軸６１Ａ、６１Ｂは、その軸心が前後方向に向くように配置されていて、第２軸６２Ａ、６２Ｂは、その軸心が左右方向に向くように配置されている。すなわち、第１軸６１Ａと第２軸６２Ａは、それぞれの軸心のなす角が直角となるように配設されている。同様に、第１軸６１Ｂと第２軸６２Ｂは、それぞれの軸心のなす角が直角となるように配設されている。

第１直動アクチュエータ３０Ａの先端部は、直角な二軸（第１軸（図示せず）と第２軸７２Ａ）の回りに回動自在に第２リンク２０と接続されている。同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの先端部は、直角な二軸（第１軸７１Ｂ（図５及び図６参照）と第２軸７２Ｂ）の回りに回動自在に第２リンク２０と接続されている。

第２リンク２０は、板状に形成されていて、その主面の上部には、２つの貫通孔が設けられている。また、第２リンク２０の一方の貫通孔近傍には、当該第２リンク２０を挟むように、短冊状の第２部材４２Ａ、４２Ｂが配置されている。同様に、第２リンク２０の他方の貫通孔近傍には、当該第２リンク２０を挟むように、短冊状の第２部材４２Ｃ、４２Ｄが配置されている。

第２部材４２Ａ、４２Ｂの下部には、第２リンク２０の一方の貫通孔と連通するように貫通孔が設けられていて、これらの貫通孔には、第２軸部材５２Ｂが挿通されている。第２軸部材５２Ｂは、その軸心が前後方向を向くように配置されている。そして、第２部材４２Ａ、第２軸部材５２Ｂ、及び第２部材４２Ｂは、ナット部材（図示せず）により共締めされている。

同様に、第２部材４２Ｃ、４２Ｄの下部には、第２リンク２０の他方の貫通孔と連通するように貫通孔が設けられていて、これらの貫通孔には、第２軸部材５２Ｄが挿通されている。そして、第２部材４２Ｃ、第２軸部材５２Ｄ、及び第２部材４２Ｄは、ナット部材５３Ｄ（図５及び図６参照）により共締めされている。

これにより、第２リンク２０は、第２軸部材５２Ｂ、５２Ｄにより、第２部材４２Ａ〜４２Ｄに対して、揺動自在に支持される。なお、第２リンク２０の２つの貫通孔、及び第２部材４２Ａ〜４２Ｄの下部に設けられている貫通孔のうち、いずれか１つ以上の貫通孔には、軸受部材（例えば、ベアリング等）が配置されていてもよい。

関節部４０は、第１部材４１と、第２部材４２Ａ〜４２Ｄと、第１軸部材５１と、第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄと、を有していて、第１リンク１０と第２リンク２０を揺動自在に連結している。また、第１軸部材５１と第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄは、第１軸部材５１の軸心と、第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄの軸心と、のなす角が、直角となるように、配設されている。

第１部材４１は、関節構造体１００の前後方向から見て、略Ｕ字状に形成されていて、底部と底部から立設されている一対の足部を有する。上述したように、第１部材４１の凹部には、基台１３が嵌入されている。

また、第１部材４１の一対の足部の側面には、基台１３の貫通孔と連通するように、貫通孔が設けられている。第１部材４１の貫通孔と基台１３の貫通孔には、第１軸部材５１が挿通されている。そして、第１軸部材５１、基台１３、及び第１部材４１は、ナット部材（図示せず）により共締めされている。

これにより、第１部材４１は、第１軸部材５１により、第１リンク１０に対して、回動自在に支持される。なお、第１部材４１の貫通孔には、軸受部材（例えば、ベアリング等）が配置されていてもよい。

また、第１部材４１の底部には、２つの貫通孔が設けられている。第１部材４１における一方の貫通孔近傍には、第１部材４１を挟むように、第２部材４２Ａ、４２Ｂが配置されている。同様に、第１部材４１における他方の貫通孔近傍には、第１部材４１を挟むように、第２部材４２Ｃ、４２Ｄが配置されている。

第２部材４２Ａ、４２Ｂの上部には、第１部材４１における一方の貫通孔と連通するように、貫通孔が設けられていて、これらの貫通孔には、第２軸部材５２Ａが挿通されている。そして、第２軸部材５２Ａ、第２部材４２Ａ、第１部材４１、第２部材４２Ｂは、ナット部材（図示せず）により共締めされている。

同様に、第２部材４２Ｃ、４２Ｄの上部には、第１部材４１における他方の貫通孔と連通するように、貫通孔が設けられていて、これらの貫通孔には、第２軸部材５２Ｃが挿通されている。そして、第２軸部材５２Ｃ、第２部材４２Ｃ、第１部材４１、第２部材４２Ｄは、ナット部材５３Ｃ（図５及び図６参照）により共締めされている。

これにより、第２部材４２Ａ〜４２Ｄは、第２軸部材５２Ａ又は第２軸部材５２Ｃにより、第１部材４１に対して、回動自在に支持される。なお、第１部材４１の底部の貫通孔、第２部材４２Ａ〜４２Ｄの上部の貫通孔のうち、少なくとも１つ以上の貫通孔には、軸受部材（例えば、ベアリング等）が配置されていてもよい。

このように構成された、関節部４０により、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、第１軸部材５１の軸心方向（第１方向）回りに揺動することができる。また、第２リンク２０は、関節部４０により、第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄの軸心方向（第２方向）回りに揺動することができる。

なお、本実施の形態１においては、関節部４０が２つの部材（第１部材４１及び第２部材４２Ａ〜４２Ｄ）に分かれている形態を採用したが、これに限定されない。関節部４０により、第２リンク２０が、第１リンク１０に対して、第１方向又は第２方向に揺動することができれば、関節部４０が、１つの部材で構成されている形態を採用してもよく、３つ以上の部材で構成されている形態を採用してもよい。

また、第１直動アクチュエータ３０Ａは、第１筐体（本体）３１Ａと、第２筐体３２Ａと、第３筐体３３Ａと、第３筐体３３Ａに収納されている駆動モータ（図示せず）と、回転伝達機構３４Ａと、ネジ軸（軸部材）及びナット部材を有するボールネジ機構（図示せず）と、を備えていて、駆動モータの回転を、回転伝達機構３４Ａを介して、ネジ軸に伝達し、ネジ軸の回転により、ナット部材が進退するように構成されている。

同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、第１筐体（本体）３１Ｂと、第２筐体３２Ｂと、第３筐体３３Ｂと、第３筐体３３Ｂに収納されている駆動モータ（図示せず）と、回転伝達機構３４Ｂと、ネジ軸（軸部材）３５Ｂ及びナット部材３６Ｂを有するボールネジ機構（図６参照）と、を備えていて、駆動モータの回転を、回転伝達機構３４Ａを介して、ネジ軸３５Ｂに伝達し、ネジ軸３５Ｂの回転により、ナット部材３６Ｂが進退するように構成されている。

以下、図６を参照しながら第２直動アクチュエータ３０Ｂの構造について、詳細に説明する。なお、第１直動アクチュエータ３０Ａは、第２直動アクチュエータ３０Ｂと同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。

第１筐体３１Ｂ〜第３筐体３３Ｂは、本実施の形態１においては、直方体状に形成されている。第１筐体３１Ｂと第３筐体３３Ｂは、その延伸方向が平行となるように、並設されている。第２筐体３２Ｂは、その外周面が、第１筐体３１Ｂの内周面と摺動するように配設されている。

第１筐体３１Ｂにおける内周面の上端部には、固定部材３７Ｂ〜３９Ｂが固定されている。固定部材３７Ｂ〜３９Ｂは、それぞれ、軸心が一致する貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、ネジ軸３５Ｂの基端部が嵌挿されている。これにより、ネジ軸３５Ｂは、回動自在に第１筐体３１Ｂに固定される。

ネジ軸３５Ｂの先端部の外表面には、ネジ溝が設けられている（図示せず）。そして、当該ネジ溝に螺合するように、ナット部材３６Ｂが配設されている。なお、ナット部材３６Ｂは、公知のボールネジ機構のナット部材と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。

ナット部材３６Ｂには、第２筐体３２Ｂの基端部が固定されている。第２筐体３２Ｂの基端は、開口されていて、ネジ軸３５Ｂの先端部が挿通されている。また、第２筐体３２Ｂの先端部は閉鎖されていて、左右方向に延びる貫通孔が設けられている。当該貫通孔には、上述したように、第２軸７２Ｂが嵌挿されている。

第３筐体３３Ｂの上端面には、貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、図示されない駆動モータの出力軸が挿通されている（図１等参照）。駆動モータは、例えば、制御装置１０１によってサーボ制御されるサーボモータであってもよい。また、第３筐体３３Ｂには、駆動モータの回転位置を検出する回転センサ（図示せず）と、駆動モータの回転を制御する電流を検出する電流センサ（図示せず）と、が設けられている。回転センサは、例えば、エンコーダであってもよい。

また、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸は、回転伝達機構３４Ｂにより、接続されている（図１等参照）。回転伝達機構３４Ｂは、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達することができれば、どのような形態を採ってもよい。

回転伝達機構３４Ｂとしては、例えば、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸のそれぞれに、プーリを取り付けて、当該プーリにベルトを巻きかけることにより、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達させる形態を採用してもよい。また、回転伝達機構３４Ｂとしては、例えば、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸のそれぞれに、歯車を取り付けて、これらの歯車を歯合させることにより、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達させる形態を採用してもよい。

また、図６に示すように、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、当該第２直動アクチュエータ３０Ｂが進退動作をするときに、ネジ軸３５Ｂの軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されている。同様に、第１直動アクチュエータ３０Ａは、当該第１直動アクチュエータ３０Ａが進退動作をするときに、ネジ軸の軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されている。

換言すると、図５に示すように、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、第２リンク２０が直立状態にある場合に、左右方向から見て、鉛直方向の軸（ヨー軸）に対して傾斜するように（ヨー軸とネジ軸３５Ｂのなす角度が鋭角となるように）、配設されている。同様に、第１直動アクチュエータ３０Ａは、第２リンク２０が直立状態にある場合に、左右方向から見て、鉛直方向の軸（ヨー軸）に対して傾斜するように（ヨー軸とネジ軸のなす角度が鋭角となるように）、配設されている。

そして、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂは、第２リンク２０が直立状態にある場合に、前後方向から見て（ロボットの関節構造体１００の正面から見て）、第１直動アクチュエータ３０Ａのネジ軸の軸心と、第２直動アクチュエータ３０Ｂのネジ軸３５Ｂの軸心と、のなす角度が、鋭角（０°以上、９０°未満）となるように、配設されている（図３参照）。また、第１直動アクチュエータ３０Ａのネジ軸の軸心と、第２直動アクチュエータ３０Ｂのネジ軸３５Ｂの軸心と、が交差する方（ここでは、下方）に、第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄが配設されている。

これにより、前後方向から見て、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂを平行となるように配設した場合に比して、第１直動アクチュエータ３０Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂの進退動作に対応して、揺動動作（特に、左右方向への揺動動作）する第２リンク２０の振れ幅を小さくすることができる。

このため、第２リンク２０が直立状態にある場合に、左右方向から見て、ヨー軸とネジ軸３５Ｂのなす角度がより小さくなるように、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂを配設することができ、関節構造体１００の小型化を図ることができる。

また、第２リンク２０の振れ幅を小さくすることができるため、第３筐体内に、高価な高精度の回転センサ又は電流センサを配置する必要がなく、関節構造体１００の低コスト化、ひいては、ロボットの低コスト化が図れる。さらに、制御装置１０１による駆動モータの制御が容易となる。

次に、制御装置１０１の構成について、図７を参照しながら説明する。

図７は、図１に示すロボットの関節構造体における制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

図７に示すように、制御装置１０１は、ＣＰＵ等の演算部１０１ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１０１ｂと、サーボ制御部１０１ｃと、を備える。制御装置１０１は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。

なお、制御装置１０１は、集中制御する単独の制御装置１０１によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１０１によって構成されていてもよい。また、本実施の形態１においては、記憶部１０１ｂが、制御装置１０１内に配置されている形態を採用したが、これに限定されず、記憶部１０１ｂが、制御装置１０１と別体に設けられている形態を採用してもよい。

記憶部１０１ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１０１ａは、記憶部１０１ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボットの各種動作を制御する。すなわち、演算部１０１ａは、ロボットの制御指令を生成し、これをサーボ制御部１０１ｃに出力する。サーボ制御部１０１ｃは、演算部１０１ａにより生成された制御指令に基づいて、各関節に設けられているサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

［ロボットの関節構造体の動作及び作用効果］
次に、本実施の形態１に係る関節構造体１００の動作及び作用効果について、説明する。なお、以下の動作は、制御装置１０１の演算部１０１ａが、記憶部１０１ｂに格納されている所定のプログラムを読み出すことにより、実行される。

まず、図５に示すように、第２リンク２０が起立（直立）した状態にあるとする。そして、制御装置１０１の演算部１０１ａが、第１直動アクチュエータ３０Ａのナット部材がネジ軸の先端部側に移動するように、第１直動アクチュエータ３０Ａの駆動モータを駆動させ、第２直動アクチュエータ３０Ｂのナット部材がネジ軸の先端部側に移動するように、第２直動アクチュエータ３０Ｂの駆動モータを駆動させたとする。

すると、第１直動アクチュエータ３０Ａの第２筐体３２Ａは、第１筐体３１Ａに向かって移動し、第１直動アクチュエータ３０Ａは縮退する。同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの第２筐体３２Ｂは、第１筐体３１Ｂに向かって移動し、第２直動アクチュエータ３０Ｂは縮退する。これにより、第２軸６２Ａと第２軸７２Ａとの距離、及び第２軸６２Ｂと第２軸７２Ｂとの距離が小さくなり、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、第１軸部材５１の回りに、前方に向かって回動し、図６に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態となる。

一方、図６に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態にあるときに、制御装置１０１が、第１直動アクチュエータ３０Ａのナット部材がネジ軸の基端部側に移動するように、第１直動アクチュエータ３０Ａの駆動モータを駆動させ、第２直動アクチュエータ３０Ｂのナット部材がネジ軸の基端部側に移動するように、第２直動アクチュエータ３０Ｂの駆動モータを駆動させたとする。

すると、第１直動アクチュエータ３０Ａの第２筐体３２Ａは、第１筐体３１Ａから離間するように移動し、第１直動アクチュエータ３０Ａは伸長する。同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの第２筐体３２Ｂは、第１筐体３１Ｂから離間するように移動し、第２直動アクチュエータ３０Ｂは伸長する。これにより、第２軸６２Ａと第２軸７２Ａとの距離、及び第２軸６２Ｂと第２軸７２Ｂとの距離が大きくなり、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、第１軸部材５１の回りに、後方に向かって回動し、図５に示すように、第２リンク２０が直立した状態となる。

また、図６に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態にあるときに、制御装置１０１が、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂのうち、一方の直動アクチュエータを動作させた場合、又は一方の直動アクチュエータは、ナット部材がネジ軸の基端部側に移動するように、駆動モータを駆動させ、他方の直動アクチュエータは、ナット部材がネジ軸の先端部側に移動するように、駆動モータを駆動させた場合には、２つの直動アクチュエータの長さが異なるようになる。すなわち、第２軸６２Ａと第２軸７２Ａとの距離と、第２軸６２Ｂと第２軸７２Ｂとの距離とが、異なるようになる。

これにより、第２部材４２Ａ、４２Ｂは、第１部材４１（第１リンク１０）に対して、第２軸部材５２Ａの回りに、左右方向に回動し、第２部材４２Ｃ、４２Ｄは、第１部材４１に対して、第２軸部材５２Ｃの回りに左右方向に回動する。また、第２リンク２０は、第２部材４２Ａ、４２Ｂに対して、第２軸部材５２Ｂの回りに、左右方向に回動し、第２部材４２Ｃ、４２Ｄに対して、第２軸部材５２Ｄの回りに、左右方向に回動する。すなわち、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、第２軸部材の軸心方向（第２方向）の回りに、回動し、図２又は図４に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態となる。

このように構成された、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂが、それぞれ、直角な二軸の回りに回動自在に、第１リンク１０及び第２リンク２０のそれぞれに接続され、関節部４０は、第１リンク１０に対して、第２リンク２０が第１軸部材５１又は第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄの回りに回動可能に連結していて、第２リンク２０が直立状態にある場合に、第１軸部材５１と第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄは、それぞれの軸心が、互いに直交し、かつ、水平な方向に向くように、配設されている。

これにより、簡易な構成で、第１直動アクチュエータ３０Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂを動作させることにより、互いに直交し、かつ、水平方向に向いている第１軸部材５１又は第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄの回りに、第２リンク２０を第１リンク１０に対して、揺動させることができる。

また、第１リンク１０と第２リンク２０の接続方向（第１リンク１０と第２リンク２０が配置される方向；上下方向）と第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂの軸部材の軸心方向とが略一致させることができるため、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂの並び方向に対して、垂直な方向（具体的には、ロボットの厚み方向；前後方向）の長さを小さくすることができる。このため、ロボットの小型化を図ることができる。

また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、当該第２直動アクチュエータ３０Ｂが進退動作をするときに、ネジ軸３５Ｂの軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されている。同様に、第１直動アクチュエータ３０Ａは、当該第１直動アクチュエータ３０Ａが進退動作をするときに、ネジ軸の軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されている。

これにより、左右方向から見て、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂを平行となるように配設した場合に比して、第１直動アクチュエータ３０Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂの進退動作に対応して、揺動動作をする第２リンク２０の振れ幅を小さくすることができる。

このため、第３筐体内に、高価な高精度の回転センサ又は電流センサを配置する必要がなく、関節構造体１００の低コスト化、ひいては、ロボットの低コスト化が図れる。さらに、制御装置１０１による駆動モータの制御が容易となる。

さらに、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂは、第２リンク２０が直立状態にある場合に、前後方向から見て、第１直動アクチュエータ３０Ａのネジ軸の軸心と、第２直動アクチュエータ３０Ｂのネジ軸３５Ｂの軸心と、のなす角度が、鋭角となるように、配設されている。また、第１直動アクチュエータ３０Ａのネジ軸の軸心と、第２直動アクチュエータ３０Ｂのネジ軸３５Ｂの軸心と、が交差する方（ここでは、下方）に、第２軸部材５２Ａ〜５２Ｄが配設されている。

これにより、前後方向から見て、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂを平行となるように配設した場合に比して、第１直動アクチュエータ３０Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂの進退動作に対応して、揺動動作をする第２リンク２０の振れ幅を小さくすることができる。

このため、第２リンク２０が直立状態にある場合に、左右方向から見て、ヨー軸とネジ軸３５Ｂのなす角度がより小さくなるように、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂを配設することができ、関節構造体１００の小型化を図ることができる。

また、第２リンク２０の振れ幅を小さくすることができるため、第３筐体内に、高価な高精度の回転センサ又は電流センサを配置する必要がなく、関節構造体１００の低コスト化、ひいては、ロボットの低コスト化が図れる。さらに、制御装置１０１による駆動モータの制御が容易となる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のロボットの関節構造体は、簡易な構成で、第２リンクを第１リンクに対して、第１軸部材又は第２軸部材の回りに、揺動させることができるため、産業ロボットの分野において有用である。

１０ 第１リンク
１１ 第１フレーム
１２ 第２フレーム
１３ 基台
１４Ａ 第１板状部材
１５Ａ 第１柱状部材
１６Ａ 第２板状部材
１６Ｂ 第２板状部材
１７Ａ 突起部
１７Ｂ 突起部
１８Ａ 第２柱状部材
２０ 第２リンク
３０Ａ 第１直動アクチュエータ
３０Ｂ 第２直動アクチュエータ
３１Ａ 第１筐体
３１Ｂ 第１筐体
３２Ａ 第２筐体
３２Ｂ 第２筐体
３３Ａ 第３筐体
３３Ｂ 第３筐体
３４Ａ 回転伝達機構
３４Ｂ 回転伝達機構
３５Ｂ ネジ軸
３６Ｂ ナット部材
３７Ｂ 固定部材
４０ 関節部
４１ 第１部材
４２Ａ 第２部材
４２Ｂ 第２部材
４２Ｃ 第２部材
４２Ｄ 第２部材
５１ 第１軸部材
５２Ａ 第２軸部材
５２Ｂ 第２軸部材
５２Ｃ 第２軸部材
５２Ｄ 第２軸部材
５３Ｃ ナット部材
５３Ｄ ナット部材
６１Ａ 第１軸
６１Ｂ 第１軸
６２Ａ 第２軸
６２Ｂ 第２軸
７１Ｂ 第１軸
７２Ａ 第２軸
７２Ｂ 第２軸
１００ 関節構造体
１０１ 制御装置
１０１ａ 演算部
１０１ｂ 記憶部
１０１ｃ サーボ制御部

Claims (3)

1. 関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、
   本体と前記本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有し、前記関節部から離間した部分で、前記第１リンクと前記第２リンクとを連結している、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、
   前記第１直動アクチュエータ及び前記第２直動アクチュエータの両端部には、それぞれ、それぞれの軸心のなす角が直角となる二軸の回りに回動自在に、前記第１リンク及び前記第２リンクのそれぞれに接続され、
   前記二軸は、前記軸部材の軸心上に配置されていて、
   前記関節部は、前記第１リンクに対して、前記第２リンクが第１軸部材又は第２軸部材の回りに回動可能に連結していて、
   前記第２リンクが直立状態にある場合に、前記第１軸部材と前記第２軸部材は、それぞれの軸心のなす角が直角となるように、かつ、それぞれの軸心が水平な方向に向くように、配設されている、ロボットの関節構造体。
   
2. 前記第１直動アクチュエータと前記第２直動アクチュエータは、進退動作するときに、前記軸部材の軸心方向が、鉛直方向に向くように配設されている、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
3. 前記第１直動アクチュエータと前記第２直動アクチュエータは、前記第１直動アクチュエータにおける前記軸部材の軸心と前記第２直動アクチュエータにおける前記軸部材の軸心とのなす角度が、鋭角となるように配設されている、請求項１又は２に記載のロボットの関節構造体。
   

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