JP7128618B2 - ロボットアーム及びこれに用いる多層フィルム又は多層シート - Google Patents

Description

本発明は、インフレータブル構造を用いたロボットアーム及びこれに用いる多層フィルム又は多層シートに関する。

従来から、駆動エネルギーとして空気等の流体を用いて作動させるインフレータブル構造のロボットアームが様々提案されている。このようなインフレータブル構造のロボットアームでは、柔らかい材料を用いて軽量化を図ることができるので、人体との接触等においての安全性を確保することができる。

インフレータブル構造を用いたロボットアームとしては、例えば、一定圧の流体を封入して形成した構造骨格の接続部分に、内圧が低く折れ曲がった状態から加圧することにより、形状回復力に起因する折れ曲がり部のトルクを駆動力として利用するアクチュエータを複数配置したロボットアームがある。

例えば特許文献１には、アクチュエータのトルクを向上させることができると共に関節部におけるねじれ現象及び振動を抑制することにより、位置決め精度を向上させたロボットアームが記載されている。そして、このロボットアームの流体圧アクチュエータは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等のプラスティック材料により形成できることが記載されている。

特開２０１５－１６６１１７号公報

本発明者らは、特許文献１に記載のようなロボットアームにおいて、流体圧アクチュエータを構成する材料としては、その特有の用途に適した強度等の物性を有する材料を使用すべき点に着目した。すなわち本発明の目的は、その特有の用途に適した強度等の物性を有する材料により形成された流体圧アクチュエータを有するロボットアーム及びこれに用いる多層フィルム又は多層シートを提供することを目的とする。

本発明にかかるロボットアームは、
プラスティック材料により内部に流体を封入可能な袋状構造に形成される第１リンクと、プラスティック材料により内部に流体を封入可能な袋状構造に形成される第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとを連結する関節部と、前記関節部を回動させるために、当該関節部に拮抗的に配置される一対の流体圧アクチュエータと、を備えるロボットアームであって、
前記関節部は、前記第１リンクが取り付けられる第１剛体部材と、前記第２リンクが取り付けられる第２剛体部材と、前記第１剛体部材及び前記第２剛体部材を回転可能に支持する軸部と、プラスティック材料により形成され、内部に流体が供給されて膨張することにより前記第２剛体部材の押圧片に対して前記軸部の軸方向側に圧力を作用させる膨張部材と、前記第１剛体部材に一端側が取り付けられた薄膜状の第１シート部材と前記第２剛体部材に一端側が取り付けられた薄膜状の第２シート部材のそれぞれの他端側が交互に複数積層された状態で、前記第２剛体部材の押圧片と前記第１剛体部材の押圧片との間に配置され、前記膨張部材により前記第２剛体部材の押圧片を押圧し、前記第１シート部材及び前記第２シート部材のそれぞれの他端側を、前記第２剛体部材の押圧片と前記第１剛体部材の押圧片により挟んで密着させることにより摩擦力を生じさせる摩擦力発生手段と、
を有しており、
前記一対の流体圧アクチュエータは、それぞれ多層フィルム又は多層シートにより内部に作動流体を収納可能な流体室が形成された袋状構造体が連続して複数設けられ、隣接する前記袋状構造体の流体室は、連通孔を介して作動流体が流通可能に構成されており、前記各流体室に作動流体が供給されることにより膨張して、扇状に回動することで、前記第１剛体部材又は前記第２剛体部材を回転させ、
前記流体が気体であり、
前記流体室を形成する多層フィルム又は多層シートが、基材層と融着層を含む積層体であり、かつ、前記流体室が該多層フィルム又は該多層シートの融着層同士が融着された部分を有して気体を封入可能な構造を形成し、
前記基材層が、熱可塑性樹脂製フラットヤーンを織製することにより得られた織布（クロス）、延伸ポリエステルフィルム又は延伸ポリアミドフィルムであり、
前記融着層が、
密度８９０～９４０ｋｇ／ｍ ^３ 、メルトフローレート（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎの直鎖状低密度ポリエチレン又はメルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点が１２０～１７０℃のプロピレン系重合体５０～１００質量％と、
密度が８５０～９００ｋｇ／ｍ ^３ 、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎのα－オレフィン共重合体０～５０質量％と
（但し、前記直鎖状低密度ポリエチレン又は前記プロピレン系重合体と前記α－オレフィン共重合体の合計を１００質量％とする。）
を含む
ことを特徴としている。

前記複数の袋状構造体を、扇状に回動する際の支点側に位置する基端から先端までの距離が、両端側に設けられる前記袋状構造体から中央側に設けられる前記袋状構造体に向かうに従って短くなるように構成することができる。

前記第１リンク及び第２リンクのうちの少なくとも一つの袋状構造は、プラスティック材とその側面に巻き付けられたクロス基材を有する構造とすることができる。

前記第１リンク及び第２リンクが、中空部を有しており、外周部を内部に流体を封入可能な袋状構造の流体袋を外周方向に連続して複数設けて形成することができる。

本発明にかかる多層フィルム又は多層シートは、
基材層と融着層を含む積層体であり、
前記基材層が、熱可塑性樹脂製フラットヤーンを織製することにより得られた織布（クロス）、延伸ポリエステルフィルム又は延伸ポリアミドフィルムであり、
前記融着層が、
密度８９０～９４０ｋｇ／ｍ ^３ 、メルトフローレート（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎの直鎖状低密度ポリエチレン又はメルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点が１２０～１７０℃のプロピレン系重合体５０～１００質量％と、
密度が８５０～９００ｋｇ／ｍ ^３ 、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎのα－オレフィン共重合体０～５０質量％と
（但し、前記直鎖状低密度ポリエチレン又は前記プロピレン系重合体と前記α－オレフィン共重合体の合計を１００質量％とする。）
を含み、
上記のロボットアームの袋状構造体の有する流体室に用いられる
ことを特徴としている。

本発明にかかるロボットアームによれば、その特有の用途に適した強度等の物性を有する材料により形成された流体圧アクチュエータを有するロボットアームを提供することができる。また、本発明にかかる多層フィルム又は多層シートは強度等の物性に優れるので、流体圧アクチュエータの作動流体を収納する為の構造体に用いられることにより優れた効果を発揮する。

本発明の実施形態に係るロボットアームの一例を示す概略正面図である。 第１リンク及び第２リンクの一例を示す概略平面断面図である。 関節部の一例を示す概略正面図である。 関節部の一例を示す要部概略平面図であって、（ａ）は摩擦力を付与していない時の状態を示しており、（ｂ）は摩擦力を付与している時の状態を示している。 流体圧アクチュエータの一例を示す概略正面図である。 図５におけるＡ－Ａ線断面図である。 第１シート部材及び第２シート部材の一例を示す概略正面図である。 第１シート部材及び第２シート部材が積層された状態を示す概略正面図である。 水平旋回機構の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るロボットアーム１について、図面を参照しつつ説明する。ロボットアーム１は、例えば、対象物（不図示）を把持して、目的の場所へと運ぶ作業等を行うためのものであって、図１に示すように、内部に流体を封入可能な袋状構造に形成される第１リンク２ａと第２リンク２ｂとを連結する関節部３と、関節部３を回動させるために当該関節部３に拮抗的に配置される一対の流体圧アクチュエータ４ａ，４ｂとを備えている。また、ロボットアームは、水平旋回が可能なように、土台５に水平旋回機構６が設けられており、先端側には、対象物を把持するための把持部７が、リンク２ｃの先端側に取り付けられている連結部材８を介して設けられている。尚、図１では説明の便宜のため、一対の流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂ等の各部に流体を供給するための供給源である流体ポンプ及び流体ポンプから各部の給排孔へと接続されるチューブ等は省略して図示している。

第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂは、それぞれ薄膜状のプラスティック材料により内部に流体を封入可能な袋状構造に形成されているものであって、内部に封入された流体からの内圧によって剛性を有している。第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂは、図２に示すように、中空部２１を有しており、外周部が内部に流体を封入可能な袋状構造を有する複数の流体袋２２により形成されている。複数の流体袋２２は、それぞれ外周方向に連続して設けられており、流体が流通可能なように隣接する流体袋２２の内部はそれぞれ連通するよう形成されている。また、少なくとも１つの流体袋２２には、給排孔２３が設けられており、外部に設けられる流体ポンプから流体が供給されることにより、内部の流体圧を調整できるようになっている。

流体袋２２を形成するために用いられるプラスティック材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）を用いることができ、低コストで第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂを作製することができる。第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂは、このように軽量且つ柔らかい材料を用いて形成されるので、人体と接触したような場合でも安全性を確保することができる。また、第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂでは、中空部２１を有するように形成されているので、図２に示すように、中空部２１内に流体ポンプから一対のアクチュエータ４ａ、４ｂ等の各部へ流体を供給するためのチューブ９を収納することができる。尚、本実施形態では、第１リンク２１及び第２リンク２２の外周部は、４つの流体袋２２により形成されている例を示しているが、流体袋２２の数は特に限定されるものではなく、中空部２１を形成できるように設けられていれば良い。また、第１リンク２１及び第２リンク２２の構造は、中空部２１を有さない１つの流体袋により略円柱状に構成し、各部へ流体を供給するためのチューブ９を第１リンク２１及び第２リンク２２の外周面に沿うように配置しても良い。その場合には、例えば、外周面側からポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンを順に重ね合わせて接着させた材料を用いることにより、内圧に対する強度を向上させるように構成しても良い。

関節部３は、第１リンク２ａと第２リンク２ｂとを回転可能に連結するものであって、図３及び図４に示すように、第１リンク２ａの先端側が取り付けられる第１剛体部材３１と、第２リンク２ｂの基端側が取り付けられる第２剛体部材３２と、第１剛体部材３１及び第２剛体部材３２を回転可能に支持する軸部３３と、内部に流体が供給されることにより膨張する膨張部材３４と、第１剛体部材３１に一端側が取り付けられる第１シート部材３５と、第２剛体部材３２に一端側が取り付けられる第２シート部材３６とを備えている。尚、図４では、説明の便宜のため、一対の流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂは省略して図示している。

第１剛体部材３１及び第２剛体部材３２は、それぞれ剛体材料によって形成されている。第１剛体部材３１は、図３及び図４に示すように、第１リンク２ａの先端側を挿入させた状態で取り付けるための挿入孔が設けられた取付部３１ａと、内周面から軸部３３の軸方向に対して直交する方向に突出するよう形成される押圧片３１ｂとを有している。押圧片３１ｂは、正面側から見た場合、略円形状に形成されており、軸部３３が挿通可能な挿通孔３１ｃを有している。また、第２剛体部材３２は、第２リンク２ｂの基端側を挿入させた状態で取り付けるための挿入孔が設けられた取付部３２ａと、軸部３３の軸方向と平行な幅方向の一端側から軸部３３の軸方向に対して直交する方向に突出するように形成される押圧片３２ｂとを有している。押圧片３２ｂも押圧片３１ｂと同様に正面側から見た場合、略円形状に形成されており、軸部３３が挿通可能な挿通孔３２ｃを有している。このような第１剛体部材３１及び第２剛体部材３２を形成する剛体材料としては、例えば、軽量で耐衝撃性に優れたＡＢＳ樹脂等を好適に用いることができる。また、第１剛体部材３１及び第２剛体部材３２は、それぞれ軸部３３に回転可能に支持されており、軸部３３の端部は、第１剛体部材３１の外周面上に位置している。

膨張部材３４は、プラスティック材料により袋状に形成されており、内部に流体が供給されることにより軸部３３の軸方向側に膨張するように構成されている。この膨張部材３４は、図４に示すように、略中央部に軸部３３が挿通可能な挿通孔３４ａを有するドーナツ状に形成されている。膨張部材３４は、内部に流体が供給されると、図４（ｂ）に示すように、軸部３３の軸方向側に膨張し、第２剛体部材３２の押圧片３２ｂが軸部３３の軸方向内側（図中右方向）へと移動するように押圧片３２ｂに対して圧力を作用させる。このような膨張部材３４を形成するプラスティック材料としては、例えば、ポリエチレン等を用いることができる。尚、詳しくは図示しないが、膨張部材３４には、外部に設けられる流体ポンプからチューブを介して流体が供給されるように、給排孔が形成されており、供給される流体の供給量が調整されることにより、押圧片３２ｂに対して作用させる圧力を調整できるようになっている。

第１シート部材３５及び第２シート部材３６は、図４及び図７に示すように、それぞれ薄膜状のプラスティック材料によって同形状のシート状に形成されている。第１シート部材３５及び第２シート部材３６は、図７に示すように、それぞれ前方後円形状に形成されており、略円形状を有する円形部３５ａ、３６ａには、軸部３３が挿通可能な挿通孔３５ｂ、３６ｂが形成されている。第１シート部材３５及び第２シート部材３６を形成するプラスティック材料としては、例えば、ポリプロピレン等を用いることができる。

第１シート部材３５は、一端側が第１剛体部材３１の内周面に固定され、他端側の円形部３５ａは、挿通孔３５ｂに軸部３３が挿通された状態で回転可能に支持される。また、第２シート部材３６は、一端側が第２剛体部材３２の内周面に固定され、他端側の円形部３６ａは、挿通孔３６ｂに軸部３３が挿通された状態で回転可能に支持される。従って、図４及び図８に示すように、第１シート部材３５の他端側の円形部３５ａと第２シート部材３６の他端側の円形部３６ａが交互に複数重ね合わされて積層された状態になり、第１シート部材３５及び第２シート部材３６は、第１剛体部材３１の押圧片３１ｂと第２剛体部材３２の押圧片３２ｂとの間に配置される。ロボットアーム１では、このような状態で、膨張部材３４を膨張させて、第２剛体部材３２の押圧片３２ｂが軸部３３の軸方向内側（図中右方向）へと移動するように押圧片３２ｂに対して圧力を作用させることで、第１シート部材３５の他端側の円形部３５ａと第２シート部材３６の他端側の円形部３６ａが、第２剛体部材３２の押圧片３２ｂと第１剛体部材３１の押圧片３１ｂによって挟まれて密着させられることにより円形部３５ａと円形部３６ａの密着面に摩擦力を生じさせ、この摩擦力をブレーキ等として利用することができる。

このように本実施形態では、他端側の円形部３５ａと円形部３６ａが交互に複数重ね合わされて積層された状態で、第１剛体部材３１の押圧片３１ｂと第２剛体部材３２の押圧片３２ｂとの間に配置される複数の第１シート部材３５及び第２シート部材３６によって構成される積層型拘束要素が摩擦力を発生させるための摩擦力発生手段としての役割を果たしている。また、第１シート部材３５及び第２シート部材３６では、それぞれの他端側を交互に複数重ね合わされて積層させると共に、他端側をそれぞれ円形状に形成しているので、密着面積を大きく確保することができ、拘束力を向上させることができる。

一対の流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂは、図３に示すように、関節部３を回転させるために当該関節部３に拮抗的に配置されている。流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂは、図５及び図６に示すように、それぞれ多層フィルム又は多層シートにより内部に作動流体を収納可能な流体室４２が形成された袋状構造体４１（４１ａ～４１ｄ）が連続して複数設けられており、隣接する袋状構造体４１の流体室４２は、それぞれ連通孔４３を介して作動流体が流通可能なように構成されている。そして、流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂでは、各流体室４２に外部に設けられる流体ポンプ（不図示）等から給排孔４４に接続されるチューブ９を介して作動流体が供給されることにより、扇状に回動するように膨張する。

また、流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂの複数の袋状構造体４１は、図５に示すように、扇状に回動する際の支点側に位置する基端ｏから各袋状構造体４１ａ～４１ｄの先端ａ～ｄまでの距離が、両端に位置する袋状構造体４１ａから中央に位置する袋状構造体４１ｄに向かうに従って短くなるように形成されている。つまり、流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂでは、線分ｏａ、線分ｏｂ、線分ｏｃ、線分ｏｄの順に短くなるように袋状構造体４１ａ～４１ｄが形成されている。これにより、袋状構造体４１の各流体室４２の体積が大きくなるのを抑制することができるので、各流体室４２に供給する作動流体の供給量を軽減しつつ、回転トルクを効率的に得ることができる。

このような流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂを形成する多層フィルム又は多層シートとしては、基材層と融着層を含む積層体が好ましい。強度に優れる基材層と接着性に優れる融着層を有する多層フィルム又は多層シートは、この流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂのような特有の用途に必要な物性（例えば耐圧に関する強度など）を十分発現できるからである。

基材層としては、特に、熱可塑性樹脂製フラットヤーンを織製することにより得られた織布(クロス)、延伸ポリエステルフィルム、ナイロン等の延伸ポリアミドフィルムが好ましい。基材層の厚さは、好ましくは５～５００μｍ、より好ましくは１０～４００μｍである。

融着層は、直鎖状低密度ポリエチレン又はプロピレン系重合体と、必要に応じてα－オレフィン共重合体とを含むことが好ましい。直鎖状低密度ポリエチレン又はプロピレン系重合体の量は、好ましくは５０～１００質量％、より好ましくは６０～９０質量％、α－オレフィン共重合体の量は、好ましくは０～５０質量％、より好ましくは１０～４０質量％（但し、前記直鎖状低密度ポリエチレン又は前記プロピレン系重合体と前記α－オレフィン共重合体の合計を１００質量％とする。）である。

直鎖状低密度ポリエチレンは、メタロセン触媒を用いて得られたものであることが好ましい。その密度は、好ましくは８９０～９４０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは９００～９３０ｋｇ／ｍ^３である。また、そのメルトフローレート（１９０℃、２.１６ｋｇ荷重）は、好ましくは０.１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは０.５～２０ｇ／１０ｍｉｎである。

プロピレン系重合体は、プロピレン単独重合体であっても良いし、プロピレンと他のα－オレフィンとの共重合体であっても良い。他のα－オレフィンとしては、エチレン、ブチレンが好ましい。他のα－オレフィンに起因する構造の含有量は、好ましくは０.１～１０質量％であり、より好ましくは１～５質量％である。

ポリプロピレンのメルトフローレート（２３０℃、２.１６ｋｇ荷重）は、好ましくは０.１～３０ｇ／１０ｍｉｎである。また、その融点は、好ましくは１２０～１７０℃である。

α－オレフィン共重合体は、メタロセン触媒を用いて得られたものであることが好ましい。その密度は、好ましくは８５０～９００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは８５５～８９０ｋｇ／ｍ^３である。また、そのメルトフローレート（１９０℃、２.１６ｋｇ荷重）は、好ましくは０.１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、より好ましくは０.５～２０ｇ／１０ｍｉｎである。α－オレフィン共重合体を得る為のα－オレフィンの具体例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンが挙げられる。

融着層の厚さは、好ましくは１０～２００μｍ、より好ましくは２０～１００μｍである。

また、第１リンク及び第２リンクのうちの少なくとも一つの袋状構造が、プラスティック材とその側面に巻き付けられたクロス基材を有する構造であることも、耐圧に関する強度の点から好ましい。クロス基材の具体例としては、ナイロン、ポリエステル、ポリオレフィンフラットヤーン等の織布（クロス）が挙げられる。クロス基材の厚さは、好ましくは１００～５００μｍ、より好ましくは２００～４００μｍである。クロス基材を巻き付けられるプラスティック材としては、例えば、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、直鎖上低密度ポリエチレン等のプラスティック材が挙げられる。プラスティック材の厚さは、好ましくは１０～３００μｍ、より好ましくは２０～２００μｍである。

なお、以上説明した多層フィルム又は多層シートは強度等の物性に優れるので、本発明のロボットアームの以外のものに用いられる場合であっても非常に有用である。すなわち、本発明の多層フィルム又は多層シートは、流体圧アクチュエータの作動流体を収納する為の構造体に用いられる多層フィルム又は多層シートである。

流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂに供給する作動流体としては、例えば、空気等の気体を好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の流体を用いることも可能である。

流体圧アクチュエータ４ａは、図３に示すように、一端側に位置する袋状構造体４１ａが第１剛体部材３１に取り付けられており、他端側に位置する袋状構造体４１ａ’が第２剛体部材３２に取り付けられている。また、流体圧アクチュエータ４ｂも流体圧アクチュエータ４ａと同様に、一端側に位置する袋状構造体４１ａが第１剛体部材３１に取り付けられており、他端側に位置する袋状構造体４１ａ’が第２剛体部材３２に取り付けられている。このような状態において、例えば、第１リンク２ａ側が回転しないように拘束されている場合には、流体圧アクチュエータ４ａに作動流体を供給することにより、流体圧アクチュエータ４ａは、扇状に回動して、第２剛体部材３２に軸部３３を中心に反時計回り方向へ回転させるためのトルクを与えることができるので、図３中に矢印で示すように、第２剛体部材３２の取付部３２ａに取り付けられている第２リンク２ｂを反時計回り方向へと回転させることができる。また、第２リンク２ｂを時計回り方向へ回転させる場合には、流体圧アクチュエータ４ｂに作動流体を供給するようにすれば良い。尚、図３では、袋状構造体４１が７個設けられている流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂの例を示しているが、袋状構造体４１の数はこれに限定されるものではなく、関節部３を回動させるために扇状に回動するように構成されていれば良い。また、複数の袋状構造体４１は、基端ｏから各袋状構造体４１ａ～４１ｄの先端ａ～ｄまでの距離が、両端に位置する袋状構造体４１ａから中央に位置する袋状構造体４１ｄに向かうに従って短くなるように形成されているが、これに限定されるものではなく、基端ｏから各袋状構造体４１ａ～４１ｄの先端ａ～ｄまでの距離が等しくなるように形成されていても良い。また、図５では、給排孔４４が一端側に位置する袋状構造体４１ａに設けられている例を示しているが、給排孔４４の位置や数は特に限定されるものではなく、各流体室４２内に作動流体が供給できるように設けられていれば良い。

また、本実施形態に係るロボットアーム１では、詳しくは図示しないが、例えば、関節部３の回転速度を検出するための角速度センサと、膨張部材３４による圧力を検出する圧力センサと、流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂや膨張部材３４等へ流体ポンプから供給される流体の供給量等を制御するためのコンピュータ等から構成される制御部とを備えている。制御部では、例えば、角速度センサ及び圧力センサから得られた検出信号に基づいて、関節部３の回転速度に比例して膨張部材３４の圧力を増減させるように、膨張部材３４への流体の供給を制御して、第１シート部材３５の円形部３５ａと第２シート部材３６の円形部３６ａとの密着面に生じる摩擦力を可変にすることにより、関節部３に粘性効果が得られる。これにより、関節部３の振動が抑制される。

水平旋回機構６は、ロボットアーム１が鉛直平面内だけでなく、３次元空間での作業を実現するために、土台５に設けられるものであって、図１及び図９に示すように、土台５上に水平回転自在に設けられる水平回転部材６１と、水平回転部材６１に対して水平回転方向に圧力を作用させるための流体圧アクチュエータ６２ａ、６２ｂと、水平回転部材６１に基端側が取り付けられ、水平回転部材６１の回転に伴って回転するリンク（水平旋回軸）６３とを備えている。

水平回転部材６１は、例えば、不図示のベアリングを介して土台５上に水平回転自在に設けられている。水平回転部材６１は、図１及び図９に示すように、リンク６３の基端側を挿入させた状態で取り付けるための挿入孔が設けられたリンク支持部６１ａと、該リンク支持部６１ａからそれぞれ９０度間隔で放射状に延びる４本の回転片６１ｂとを有している。

流体圧アクチュエータ６２ａ、６２ｂは、水平回転部材６１に対して水平回転方向に圧力を作用させることにより、水平回転部材６１を水平回転させるためのものであって、図９に示すように、それぞれ交互に隣接する回転片６１ｂの間に配置されている。この流体圧アクチュエータ６２ａ、６２ｂは、上述した関節部３に拮抗的に配置される流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂと同様のものであり、流体が供給されることにより膨張し、扇状に回動するものである。尚、流体圧アクチュエータ４ａ、４ｂは、流体圧アクチュエータ６２ａ、６２ｂと同様であるので、詳細な説明については省略する。流体圧アクチュエータ６２ａは、両端側に位置する袋状構造体６２１ａが、それぞれ回転片６１ｂに取り付けられている。また、流体圧アクチュエータ６２ｂも両端側に位置する袋状構造体６２１ｂが、それぞれ回転片６１ｂに取り付けられている。水平旋回機構６では、このように隣接する回転片６１ｂの間に交互に配置された流体圧アクチュエータ６２ａと流体圧アクチュエータ６２ｂとの差圧により水平回転部材６１を水平回転できるように構成されている。

リンク６３は、基端側が水平回転部材６１のリンク支持部６１ａに取り付けられており、水平回転部材６１の水平回転に伴って回転するよう構成されている。本実施形態に係るロボットアーム１では、図１に示すように、リンク６３の先端側は、関節部３に取り付けられており、リンク６３と第１リンク２ａとは、この関節部３を介して連結されている。リンク６３の構造は、図９に示すように、プラステッィク材料により第１リンク２ａや第２リンク２ｂと同様の形状に形成されている。尚、リンク６３の構造は、これに限定されるものではなく、薄膜状のプラスティック材料を複数重ね合わせて強度を向上させたものにより筒状に形成したリンクを用いても良い。

把持部７は、図１に示すように、第２リンク２ｂの先端側に関節部３を介して連結されたリンク２ｃの先端側に設けられた連結部材８に取り付けられている。尚、リンク２ｃは、第１リンク２ａ及び第２リンク２ｂと同様の構造のものであるので、その詳細な説明については省略する。把持部７は、対象物（不図示）を把持するためのものであって、３つの把持部７が異なる位置で連結部材８に取り付けられている。これらの把持部７は、特開２０１４－０２０４６２号公報に開示されているものであって、薄膜状のプラスティック材料により形成され、作動流体を供給することにより、屈曲動作を実現することができる流体圧アクチュエータを把持部として利用したものである。尚、把持部７の構造は、これに限定されるものではなく、対象物を把持することができる従来公知のインフレータブル構造の把持手段を適用しても良い。

以上のように、本発明に係るロボットアーム１は、軽量且つ柔らかい材料を用いて形成されているので、人体と接触したような場合でも安全性を確保することができる。また、ロボットアーム１は、各部の流体を抜くことで、小さく纏めることができるので、容易に移動させることも可能であると共に、使用しない場合の収納も省スペース化することができる。また、ロボットアーム１は、非常に軽く構成することができるので、重力の影響が少なく、複数の関節部３を介してリンクを多数連結させることにより、片持ち構造で長尺に構成することが可能である。従って、ロボットアーム１の先端にカメラ等の撮像手段を 設けておくことにより、細長い場所等もその中の様子を観察することが可能になる。

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

＜実施例１＞
ナイロンからなる厚さ１５μｍの基材層（延伸ポリアミドフィルム）と、プロピレンランダム共重合体（ｒＰＰ）（融点１４０℃、ＭＦＲ（２３０℃、２.１６ｋｇ荷重）７.０ｇ／１０ｍｉｎ、エチレン含量２質量％）からなる厚さ１００μｍの熱融着層とが積層されてなる多層シートを用意した。そして５０ｍｍ四方の２枚の多層シートの熱融着層同士を重ね合せ、ハンドシーラーを用いて３片を熱融着させた。残る一片には空気注入のためのチューブを挿入した状態で熱融着させて、５０ｍｍ四方の袋状構造体を作製した。また同様の手順で、１００ｍｍ四方の袋状構造体も作製した。

＜実施例２＞
ナイロンからなる厚さ１５μｍの基材層と、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）（密度９３７ｋｇ／ｍ^３、融点１２６℃、ＭＦＲ（１９０℃、２.１６ｋｇ荷重）２.３ｇ／１０ｍｉｎ）からなる厚さ１００μｍの熱融着層とが積層されてなる多層シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして５０ｍｍ四方の袋状構造体及び１００ｍｍ四方の袋状構造体を作製した。

＜比較例１＞
プロピレンランダム共重合体（ｒＰＰ）（融点１４０℃、ＭＦＲ（２３０℃、２.１６ｋｇ荷重）７.０ｇ／１０ｍｉｎ、エチレン含量２質量％）からなる厚さ１００μｍの単層シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして５０ｍｍ四方の袋状構造体及び１００ｍｍ四方の袋状構造体を作製した。

＜比較例２＞
直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）（密度９３７ｋｇ／ｍ^３、融点１２６℃、ＭＦＲ（１９０℃、２.１６ｋｇ荷重）２.３ｇ／１０ｍｉｎ）からなる厚さ１００μｍの単層シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして５０ｍｍ四方の袋状構造体及び１００ｍｍ四方の袋状構造体を作製した。

＜耐圧性能の評価＞
以上の実施例及び比較例で作製した袋状構造体にチューブを介して空気を流入し、空気漏れが生じた際の圧力値（破袋圧力［ｋＰａ］）を計測した。結果を表１に示す。

＜参考例１＞
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）（密度９５０ｋｇ／ｍ^３、融点１３０℃、ＭＦＲ（１９０℃、２.１６ｋｇ荷重）１ｇ／１０ｍｉｎ）からなる厚さ１００μｍのシートを用意した。このＨＤＰＥシートを高さ２８０ｍｍ、直径９０ｍｍの円筒状にし、円筒側面部および底部を熱融着させた。残る頭部には空気注入のためのチューブを挿入した状態で熱融着させて、ＨＤＰＥからなる円筒状部材を得た。さらに、その側面部に厚さ３００μｍのクロス基材（フラットヤーン織製）を巻き付けて、リンク部材を作製した。

＜比較参考例１＞
参考例１と同様にしてＨＤＰＥからなる円筒状部材を作製し、このクロス基材を巻き付けていない円筒状部材を、そのままリンク部材とした。

＜耐圧性能の評価＞
以上の参考例及び比較参考例で作製したリンク部材にチューブを介して空気を流入し、空気漏れが生じた際の圧力値（破リンク圧力［ｋＰａ］）を計測した。結果を表２に示す。

１ ロボットアーム
２ａ 第１リンク
２ｂ 第２リンク
２１ 中空部
２２ 流体袋
３ 関節部
３１ 第１剛体部材
３１ｂ 押圧片
３２ 第２剛体部材
３２ｂ 押圧片
３３ 軸部
３４ 膨張部材
３５ 第１シート部材
３６ 第２シート部材
４ａ、４ｂ 流体圧アクチュエータ
４１、４１ａ～４１ｄ 袋状構造体
４２ 流体室
４３ 連通孔

Claims (7)

1. プラスティック材料により内部に流体を封入可能な袋状構造に形成される第１リンクと、プラスティック材料により内部に流体を封入可能な袋状構造に形成される第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとを連結する関節部と、前記関節部を回動させるために、当該関節部に拮抗的に配置される一対の流体圧アクチュエータと、を備えるロボットアームであって、
   前記関節部は、前記第１リンクが取り付けられる第１剛体部材と、前記第２リンクが取り付けられる第２剛体部材と、前記第１剛体部材及び前記第２剛体部材を回転可能に支持する軸部と、プラスティック材料により形成され、内部に流体が供給されて膨張することにより前記第２剛体部材の押圧片に対して前記軸部の軸方向側に圧力を作用させる膨張部材と、前記第１剛体部材に一端側が取り付けられた薄膜状の第１シート部材と前記第２剛体部材に一端側が取り付けられた薄膜状の第２シート部材のそれぞれの他端側が交互に複数積層された状態で、前記第２剛体部材の押圧片と前記第１剛体部材の押圧片との間に配置され、前記膨張部材により前記第２剛体部材の押圧片を押圧し、前記第１シート部材及び前記第２シート部材のそれぞれの他端側を、前記第２剛体部材の押圧片と前記第１剛体部材の押圧片により挟んで密着させることにより摩擦力を生じさせる摩擦力発生手段と、を有しており、
   前記一対の流体圧アクチュエータは、それぞれ多層フィルム又は多層シートにより内部に作動流体を収納可能な流体室が形成された袋状構造体が連続して複数設けられ、隣接する前記袋状構造体の流体室は、連通孔を介して作動流体が流通可能に構成されており、前記各流体室に作動流体が供給されることにより膨張して、扇状に回動することで、前記第１剛体部材又は前記第２剛体部材を回転させ、
   前記流体が気体であり、
   前記流体室を形成する多層フィルム又は多層シートが、基材層と融着層を含む積層体であり、かつ、前記流体室が該多層フィルム又は該多層シートの融着層同士が融着された部分を有して気体を封入可能な構造を形成し、
   前記基材層が、熱可塑性樹脂製フラットヤーンを織製することにより得られた織布（クロス）、延伸ポリエステルフィルム又は延伸ポリアミドフィルムであり、
   前記融着層が、
   密度８９０～９４０ｋｇ／ｍ³、メルトフローレート（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎの直鎖状低密度ポリエチレン又はメルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点が１２０～１７０℃のプロピレン系重合体５０～１００質量％と、
   密度が８５０～９００ｋｇ／ｍ³、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎのα－オレフィン共重合体０～５０質量％と（但し、前記直鎖状低密度ポリエチレン又は前記プロピレン系重合体と前記α－オレフィン共重合体の合計を１００質量％とする。）を含む
   ことを特徴とするロボットアーム。
2. 前記複数の袋状構造体が、扇状に回動する際の支点側に位置する基端から先端までの距離が、両端側に設けられる前記袋状構造体から中央側に設けられる前記袋状構造体に向かうに従って短くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記流体が空気である請求項１に記載のロボットアーム。
4. 前記第１リンク及び第２リンクのうちの少なくとも一つの袋状構造が、プラスティック材とその側面に巻き付けられたクロス基材を有する構造であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットアーム。
5. 前記クロス基材の厚さが１００～５００μｍであり、前記プラスティック材の厚さが１０～３００μｍである請求項４に記載のロボットアーム。
6. 前記第１リンク及び第２リンクが、中空部を有しており、外周部が内部に流体を封入可能な袋状構造の流体袋を外周方向に連続して複数設けて形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のロボットアーム。
7. 基材層と融着層を含む積層体であり、
   前記基材層が、熱可塑性樹脂製フラットヤーンを織製することにより得られた織布（クロス）、延伸ポリエステルフィルム又は延伸ポリアミドフィルムであり、
   前記融着層が、
   密度８９０～９４０ｋｇ／ｍ³、メルトフローレート（１９０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎの直鎖状低密度ポリエチレン又はメルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎ、融点が１２０～１７０℃のプロピレン系重合体５０～１００質量％と、
   密度が８５０～９００ｋｇ／ｍ³、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が０．１～３０ｇ／１０ｍｉｎのα－オレフィン共重合体０～５０質量％と
   （但し、前記直鎖状低密度ポリエチレン又は前記プロピレン系重合体と前記α－オレフィン共重合体の合計を１００質量％とする。）
   を含み、
   請求項１～６のいずれかに記載のロボットアームの袋状構造体の有する流体室に用いられることを特徴とする多層フィルム又は多層シート。
   
   

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