JP7359648B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット装置に関する。

ロボット装置の直動伸縮機構として、複数の第１コマ（平板）が回動軸により屈曲可能に連結された第１コマ列と、同様に複数の第２コマ（ブロック）が屈曲可能に連結された第２コマ列とを接合させることにより、柱状体としてのアーム部を構成させるとともに、第１、第２のコマ列を分離させ屈曲可能な列状体として支柱部内に縦方向に収容させる構造が知られている（特許文献１）。

当該直動伸縮機構は第１、第２のコマ数を増やすことによりアーム部を延長することができ、しかもアーム部が後方に突き出ることもないことから、限られた空間での用途に有用性が高いと言える。

しかし当該構造では２種類のコマ列を必要とすることから構造が複雑化し、また重量が増加することは避けられず、またアーム部としての強度はコマの連結強度及び２種類のコマ列どうしの接合強度に依存することからアーム部としての強度を高めるには限界があった。

特許文献２には一群の移動ピースにより直動伸縮機構を実現した構造が開示されている。当該構造は移動ピースが一群であることから構造の簡素化、軽量化を実現できる可能性がある。しかし、アーム部としての強度向上という課題は、アーム部が移動ピース群で構成され、移動ピースどうしが回動軸により連結される構造上、その連結強度に依存することから、依然として残存する。

また移動ピース群は下方への回動が規制されているので、アーム部より上方に移動ピース群を収容させる必要がある。そのため当該直動伸縮機構をロボット装置に適用する場合、収容空間を確保するための筐体にも高さが必要とされ、筐体はアーム部よりも上方に大きく張り出した構造になる。従ってロボット装置としての全高は増大し、大型化せざるを得ない。またロボット装置ではアーム部の上下回転は欠かせない機能であるが、その場合、アーム部とともに筐体を回動させる必要があり、大きな筐体はアーム部の上下回転の可動範囲を制限するかもしれない。さらに移動ピース群を駆動するための駆動歯車と移動ピースのラックとの間のバックラッシュは不可避であり、そのために高い位置精度を担保し難いという問題もある。

特許第５４３５６７９号公報 特開２０１５－２１３９７４号公報

直動伸縮機構を備えたロボット装置において、構造の簡素化、軽量化及びアーム部の強度向上の実現、さらにアーム部の上下回転の広い可動範囲を担保しながら小型化を実現することが望まれている。

本開示の一態様に係るロボット装置は、基台と、基台上に立設され、基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、支柱部上に、第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備する。直動伸縮機構は、多段に組まれる複数の直動要素と、列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、複数のブロックのうち先頭のブロックは複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、最後尾の直動要素の下方であって支柱部の上方に配置される収容部とを有する。収容部は、ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、ブロック各々の両側面には一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、一対の円弧レールは、収容部内で突状体の軌道を内側から規制する内側レールと、収容部内で突状体の軌道を外側から規制する外側レールとからなり、内側レールは、ブロック列の一方側に配置され、外側レールはブロック列の他方側に配置される。

本態様によれば、直動伸縮機構を備えたロボット装置において、構造の簡素化、軽量化及びアーム部の強度向上の実現、さらにアーム部の上下回転の広い可動範囲を担保しながら小型化を実現することができる。

一実施形態に係るロボット装置を斜め前方から示す斜視図である。 図１のロボット装置を斜め後方から示す斜視図である。 図１のロボット装置をアーム部を伸長させた状態で示す斜視図である。 図４は、図１の収縮時の直動伸縮機構の斜視図である。 図５は、図１の伸長時の直動伸縮機構の斜視図である。 図６は、図１の収縮時の直動伸縮機構の内部構造をブロック列を除外した状態で示す側面図である。 図７は、図６の直動伸縮機構を筐体とアーム部とを分離した状態で示す側面図である。 図８は、図１の収縮時の直動伸縮機構の内部構造を示す側面図である。 図９は、図１の伸長時の直動伸縮機構の内部構造を示す側面図である。 図１０は、図８のブロックを斜め前方から示す斜視図である。 図１１は、図８のブロックを斜め後方から示す斜視図である。 図１２は、図８のブロックの側面図である。 図１３は、筐体に設けられる一対のレールをブロックとともに示す側面図である。 図１４は、図１３のブロック列の最後尾のブロックを斜め前方から示す斜視図である。 図１５は、図１４の最後尾のブロックを斜め後方から示す斜視図である。 図１６は、図１３のレールを示す側面図である。 図１７は、図１３のレールを示す斜視図である。 図１８は、図１６のＡ－Ａ′断面図である。 図１９は、図１８のレールをブロックとともに示す断面図である。 図２０は、図１５のレールの変形例を示す側面図である。 図２１は、図４の直動伸縮機構を構成するブロック列の変形例を伸長状態のアーム部とともに示す側面図である。 図２２は、図２１のＢ－Ｂ´断面図である。 図２３は、テレスコピック構造が、縦続される複数の直動案内機構に代替えされた直動伸縮機構を示す平面図である。 図２４は、図２３の直動伸縮機構が伸長された状態を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら本開示の実施形態を説明する。
図１、図２、図３に示すように、本実施形態に係るロボット装置２００では、平板状の基台２１０上に支柱部２２０が垂直に立設される。支柱部２２０は上下に２分割され、それらは基台２１０に垂直な回転軸（第1回転軸ＲＡ１）を備える第１回転関節Ｊ１により相互に回転自在に接続される。支柱部２２０の上部には、第1回転軸ＲＡ１に直交する回転軸（第２回転軸ＲＡ２）を備える第２回転関節Ｊ２を介して直動伸縮機構１が上下回転自在に支持される。

直動伸縮機構１は収容部１０と伸縮性を備えたアーム部２０を有する。収容部１０はその筐体１１において第２回転関節Ｊ２の回転軸ＲＡ２に軸支される。回転軸ＲＡ２は支柱部２２０の上部に固定されたサイドフレーム２３０に支持される。筐体１１の上部にアーム部２０がその後端において固定される。アーム部２０の先端には、回転軸が互いに直交する３つの回転関節Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を備える手首部１００が装備される。回転関節Ｊ４は直動軸ＲＡ３に直交する回転軸ＲＡ４を有する。回転関節Ｊ５は回転軸ＲＡ４に垂直な回転軸ＲＡ５を有する。回転関節Ｊ６は回転軸ＲＡ４と回転軸ＲＡ５とに垂直な回転軸ＲＡ６を有する。手首部１００の先端面にはグリッパ等の図示しないエンドエフェクタを装着するためのアダプタが設けられている。

アーム部２０は、第２回転軸ＲＡ２に直交する直動軸ＲＡ３を有する第３直動関節Ｊ３を構成する。図３に示すように、アーム部２０は直動軸ＲＡ３に沿って前後に伸縮することができる。アーム部２０は内部が中空に構成され、その内部に後述するブロック列が挿入される。このブロック列は、アーム部２０の伸縮を駆動するアクチュエータをなす。

図４、図５に示すように、アーム部２０は、多段に組まれる複数の直動要素からなる。直動要素は典型的には筒体である。アーム部２０は、テレスコピック構造（多段入れ子構造）に組まれた複数、ここでは４つの筒体２１，２２，２３，２４により構成される。なお、筒体２１，２２，２３，２４としては典型的には円筒形状であるが、多角筒形状であってもよい。

アーム部２０は、ブロック列３０を収容するための収容部１０の筐体１１の端面に支持される。典型的には、筐体１１は、略短円筒形であり、上部の略１／４円の範囲を切り欠かれてなる。図６、図７に示すように、筐体１１の上部の切り欠き箇所は蓋板１９で閉塞される。蓋板１９にはアーム部２０の後端、すなわち最後尾の円筒体２４がその終端フランジにおいて垂直に固定される。最後尾の円筒体２４が固定された蓋板１９には、開口１９１があけられている。開口１９１を介して、筐体１１の内部と円筒体２１，２２，２３，２４の中空内部とが連通する。開口１９１を介して後述のブロック列３０が通過する。

図８、図９に示すように、筐体１１の内部空間にはブロック列３０が収容される。筐体１１は後述するレール等とともに収容部１０を構成する。ブロック列３０は複数のブロック４０が列状に連結されてなる。ブロック列３０は円筒体２１，２２，２３，２４の内部に挿入される。ブロック列３０の先頭のブロック４０は、複数の円筒体２１，２２，２３，２４のうち先頭の円筒体２１に接続片３１を介して接続される。その接続位置は、筐体１１の内部から送り出されたブロック列３０が円筒中心線ＣＬ１に平行な直線軌道ＣＬ２（移動軸ＣＬ２）に沿って直線的に移動できるように位置決めされている。なお、上記の開口１９１も、その開口面に対して移動軸ＣＬ２が交差するように位置決めされている。

ブロック列３０を収容する収容部１０は、支柱部２２０の上方に配置される。さらに収容部１０は、アーム部２０の後端、より具体的には最後尾の円筒体２４の後端から下方に配置される。収容部１０の筐体１１は最後尾の円筒体２４の後端よりも上方に大きく張り出すことなく、ロボット装置としての全高は抑えられ、小型化が実現され、局小空間への設置が可能になるとともに、回転動作に対する制約を小さくすることができる。

筐体１１はその円筒中心線Ｒｃが第２回転関節Ｊ２の回転軸ＲＡ２に一致し、ブロック列３０の円弧軌道の中心が回転軸ＲＡ２上に位置するように第２回転関節Ｊ２に支持される。筐体１１を、ブロック列３０の送り出し・引き戻し動作とともに軽快に回転させることができる。

収容部１０の筐体１１の内部においてブロック列３０は短円筒体としての筐体１１の中心線Ｒｃを中心とした円弧状の軌道に沿って収容される。アーム部２０が最も収縮したとき、ブロック列３０のほとんどが筐体１１の内部に収容される。なお、図示しないが、筐体１１の内部には、ブロック列３０を送り出し、引き戻すための駆動機構が設けられる。駆動機構として典型的にはラックアンドピニオン機構であるが、ボールネジ機構など他の任意の機構が採用される。

直動伸縮機構１の基本的な伸縮動作は以下の通りである。
筐体１１に収容されていたブロック列３０が駆動機構により開口１９１を通じてアーム部２０の内部に送り出され、先頭のブロック４０は移動軸ＣＬ２に沿って前方に移動される。先頭のブロック４０は先頭の円筒体２１に接続されているため先頭のブロック４０の前方への移動に伴って、筐体１１に固定された最後尾の円筒体２４から他の円筒体２１，２２，２３が次々に引き出され、その結果、アーム部２０は円筒中心線ＣＬ１に沿って前方に伸長される。

駆動機構によって、アーム部２０の内部に送り出されていたブロック列３０が開口１９１を通じて筐体１１の内部に引き戻され、先頭のブロック４０は移動軸ＣＬ２に沿って後方に移動される。先頭のブロック４０の後方への移動に伴って、先頭の円筒体２１から順に後方の円筒体に収容され、その結果、アーム部２０は円筒中心線ＣＬ１に沿って後方に収縮される。

このように、ブロック列３０は、アーム部２０の伸縮を駆動するアクチュエータの一部を構成する。アーム部２０を多段入れ子構造に組まれた複数の円筒体２１，２２，２３，２４で構成するとともに、その伸縮のアクチュエータを単一のブロック列３０により構成することにより、構造が簡素化され、軽量化が実現され、多段入れ子構造とブロック列とにより相乗的にアーム部２０の強度が向上する。

図１０、図１１に示すように、ブロック４０はブロック本体４１を有する。ブロック本体４１は、例えば直方体形状を有する。ブロック本体４１の前端の下部には前方に突出する２つの軸受け４２，４３が幅方向に離間して設けられる。ブロック本体４１の後端の下部には、ブロック本体４１と一体的に形成された軸受け４４，４５が幅方向に離間して設けられる。隣り合う２つのブロック４０のうち一方のブロック４０の前端の軸受け４２，４３が他方のブロック４０の後端の軸受け４４，４５の間に嵌め込まれ、連続する孔に図示しない回動軸が挿入される。それによりブロック４０は回動可能に列状に連結される。なおブロック４０は回動軸に直交する方向（連結方向）に沿って列状に連結される。図１２に示すように、軸受け４２、４３，４４，４５がブロック本体４１の底部側に設けられ、ブロック本体４１が直方体形状を有するため、直線状に並んだ状態で、隣接する２つのブロック４０は互いの端面どうしが当接し、それ以上の上方への回動が規制されるが、下方への回動は許容される。

ブロック本体４１の両側面には、側方に張り出す一対の突状体４６，４７がそれぞれ設けられる。一対の突状体４６，４７は後述の一対の円弧状のレール１３，１４にそれぞれ係合する。典型的には突状体４６，４７としては、一対の円弧状のレール１３，１４を転動するカムフォロアを使用することができる。カムフォロアは、それぞれの外輪回転軸がブロック４０の回動軸と平行に、且つ同軸になるようにブロック本体４１にそれぞれ取り付けられている。なお突状体４６，４７として単に円柱形状または他の形状の突起であることを否定されない。ここでは突状体４６，４７はカムフォロアであるものとして説明する。

図１３に示すように、カムフォロア４６，４７は、ブロック列３０が円弧軌道に沿って平滑に移動することができるように、側面視においてカムフォロア４６（４７）の外輪回転軸がブロック４０を連結する回動軸とともに中心線Ｒｃを中心とする円弧軌道（後述の円弧状のレール１３，１４）と同心の円ＣＯ１上に配列するようにブロック本体４１に対して位置付けされている。それにより、ブロック列３０は円弧状のレール１３，１４による規制を受けて筐体１１内に円弧軌道に沿って収容される。

レール１３，１４の規制を受けるのはブロック４０が有するカムフォロア４６，４７である。カムフォロア４６，４７はブロック本体４１の両側面それぞれに１個ずつ互いに同軸に取り付けられているので、このブロック４０は、カムフォロア４６，４７を中心に若干回動することができる。そのため、ブロック列３０が収容部内で折れ曲がり、平滑な移動を阻害する事態が生じる可能性がある。

それを抑制するために本実施形態では、図１４、図１５に示すように、ブロック列３０の最後尾のブロック４０のブロック本体４１には、その一方の側面に２個のカムフォロア４６、４８が取り付けられ、他方の側面にも２個のカムフォロア４７，４９が取り付けられている。ブロック本体４１の両側面それぞれに取り付けられた２個のカムフォロアは、円ＣＯ１上に配列するようにブロック本体４１に対して位置づけされている。ブロック本体４１の両側面に２個のカムフォロアがそれぞれ取り付けられているので、最後尾のブロック４０はレール１３，１４に沿う姿勢に向きが固定される。最後尾のブロック４０の隣のブロック４０は、それ自身のカムフォロア４６，４７と、最後尾のブロック４０と連結される回動軸との２カ所で規制されるので、最後尾のブロック４０と同様にレール１３，１４に沿う姿勢に向きが固定される。さらに前方の他のブロック４０も自身のカムフォロア４６，４７と、後隣のブロック４０に連結される回動軸との２カ所で規制されるので、レール１３，１４に沿う姿勢に向きが固定される。このように全てのブロック４０の姿勢は最後尾のブロック４０の姿勢と同じに連鎖的に統一される。従ってブロック列３０は収容部内で折れ曲がることなく、一定の姿勢を保ったまま円弧軌道にそって平滑に移動することができる。

なお、ブロック４０がレール１３，１４に沿って移動できるのであれば、レール１３，１４に係合する突状体はカムフォロアに限定されることはない。突状体としては、レール表面を転動する転動体やレール表面を摺動する摺動体を適宜採用することができる。転動体としては、円筒形状、針状、棒状、円錐状、球状などの各種軸受けが挙げられる。摺動体としては、少なくともレール１３，１４に接触する面が自己潤滑性樹脂製の円筒体、棒状体などが挙げられる。

なお、両側面それぞれに２個ずつカムフォロアが取り付けられたブロック４０は、最後尾のブロック４０に限定されることはなく、アーム部２０が最伸長した状態で筐体１１内（レール１３，１４内）に存在するブロック４０のいずれであっても良い。また全てのブロック４０の両側面それぞれにカムフォロアを２個ずつ取り付けるようにしても良いし、数個に１個ずつ離散的なブロック４０の両側面それぞれにカムフォロアを２個ずつ取り付けるようにしても良い。また、最後尾のブロック４０の両側面それぞれにカムフォロアを２個ずつ取り付けるのではなく、ブロック４０の両側面それぞれにカムフォロア４６，４７を１個ずつ、それらの回転軸を前後にずらして取り付けることで、そのブロック４０をレール１３，１４に沿う姿勢に向きを固定することができる。

図１６、図１７に示すように、ブロック列３０を円弧軌道に沿って平滑に収容するために収容部は、ブロック４０に装着されたカムフォロア４６，４７を案内する一対の円弧状のレール１３，１４を有する。円弧状のレール１３，１４はカムフォロア４６，４７をその内側と外側とから別々に案内する。円弧状のレール１３，１４は互いに半径が異なる。円弧状のレール１３，１４は同心円をなし、その中心は筐体１１の中心線Ｒｃ上に位置する。ブロック列３０は円弧状のレール１３，１４に沿って移動し、また筐体１１の中心線Ｒｃは第２回転関節Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２に一致するよう構成されているので、ブロック列３０は第２回転関節Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心とした円弧軌道に沿って移動し、収容される。

カムフォロア４６，４７がブロック４０の移動方向に対して逆回転しその移動を阻害することがないように、円弧状のレール１３，１４は筐体１１の中心線の方向に沿ってブロック４０の幅より若干広い間隔を隔てて配置され、ブロック列３０の両側に分設される。以下詳述する。図１７において、１３１，１４１は、カムフォロア４６，４７の外輪が転動する一対の円弧状のレール１３，１４の案内面をそれぞれ示す。案内面１３１，１４１がその全域にわたって側面視においてカムフォロア４６，４７の直径Ｒ１（図１２参照）より若干広い間隔を隔てられるように一対の円弧状のレール１３，１４それぞれの半径が設定されている。つまりカムフォロア４６，４７はそれらの案内面１３１，１４１の半径がカムフォロア４６，４７の直径Ｒ１より若干長い距離だけ相違されている。一方の円弧状のレール１３は、他方より短径に構成され、ブロック４０の一側面のカムフォロア４６をその内側から誘導し、ブロック列３０の軌道を内側から規制する内側レール１３を構成する。他方の円弧状のレール１４は、内側レール１３より長径に構成され、ブロック４０の反対側のカムフォロア４７をその外側から誘導し、ブロック列３０の軌道を外側から規制する外側レール１４を構成する。

なお、ブロック４０の側面は後述するようにレール１３，１４に規制されていて、またブロック列３０は円弧軌道に編成されて収容されるので、ブロック列３０のその軸周りの回転が規制され、従ってブロック列３０が一対の円弧状のレール１３，１４から外れることはない。

ブロック４０の一側面のカムフォロア４６の外輪は内側レール１３の外側の案内面１３１上のみを転動し、ブロック４０の反対側のカムフォロア４７の外輪は外側レール１４の内側の案内面１４１上のみ転動する。つまり両側のカムフォロア４６，４７の外輪どうしは互いに案内面１３１，１４１から見て逆方向に回転するが、ブロック列３０が移動する方向に対してはともに順方向に転動することになる。仮に、ブロック４０の一側面のカムフォロアが内側レールと外側レールとの間に挟まれた状態でブロック列３０が移動するとき、一方のレールに対してカムフォロアの外輪は順回転をするが、他方のレールに対してはカムフォロアの外輪はブロック列の移動を阻害するように逆回転をすることになるため、ブロック列３０は平滑に移動することはできない。本実施形態のように、内側レール１３と外側レール１４をブロック列３０の両側に分設し、両側のカムフォロア４６，４７の外輪それぞれが内側レール１３と外側レール１４との一方のみを転動することにより、カムフォロア４６，４７がブロック列３０の移動を阻害する逆回転をすることがない。それによりブロック列３０を円弧軌道に沿って平滑に送り出し、引き戻すことができ、それに伴ってアーム部２０も平滑に伸長し、短縮することができるようになる。

図１６に示すように、円弧状のレール１３，１４は、典型的には３／４円分の周長に構成されているが、好ましくはそれより若干周長が短縮されている。短縮した円弧状のレール１３，１４に合わせて筐体１１の蓋板１９も、半径に平行、換言すると円筒中心線ＣＬ１に垂直な向きの状態のまま円弧状のレール１３，１４を短縮した８度に応じた接線距離Ｂ０だけ後退されている。蓋板１９にはアーム部２０の後端が固定されるので、手先の可動範囲を筐体１１に少し接近させることができ、その分手元へのアプローチ性が向上する。

なお、アーム部２０は半径に平行な蓋板１９に垂直に取り付けられ、円弧状のレール１３，１４はその周長が若干短縮されているので、円弧状のレール１３，１４の前端における接線と、円筒中心線ＣＬ１とは平行にはならず、若干ではあるが交差する。それによるブロック列３０が円弧軌道から直線軌道に変位する際に僅かではあるが急峻な角度変化が生じる。ブロック列３０が収容部に引き戻されるときも同様にブロック列３０は急峻な角度変化を起こす。この急峻な角度変化は、ブロック列３０に上下方向のがたつきや、緩やかではあるが湾曲を生じさせることは否定されない。これらブロック列３０のがたつきや湾曲をできるだけ抑えるために、円弧状のレール１３，１４の先端に直線レール１５，１６が継接される。図１６、図１７に示すように、直線レール１５は、円弧状のレール１３の先端から円筒中心線ＣＬ１と平行な向きに延びる。同様に、直線レール１６は、円弧状のレール１４の先端に円筒中心線ＣＬ１と平行な向きに延びる。一対の直線レール１５，１６の上下左右方向に関する間隔は、一対の円弧状のレール１３，１４の先端付近のそれを維持するため、一対の直線レール１５，１６の案内面１５１，１６１は、全域にわたって側面視においてカムフォロア４６，４７の直径Ｒ１と略等価な間隔Ｄ１を隔てられる。

図１６に示すように、直線レール１５，１６は隣接する２つのブロック４０のカムフォロア４６，４７の回転軸間距離Ｄに等価な長さＬを有する。ブロック列３０が円弧状のレール１３，１４から送り出され、また円弧状のレール１３，１４に引き戻されるとき、常に１つのブロック４０のカムフォロア４６，４７が直線レール１５，１６の規制を受ける。つまり、ある１つのブロック４０のカムフォロア４６，４７が直線レール１５，１６から外れるとき、隣のブロック４０のカムフォロア４６，４７が新たに直線レール１５，１６に導入する。常に１つのブロック４０のカムフォロア４６，４７が直線レール１５，１６の規制を受けることにより、そのブロック４０と隣のブロック４０とは円弧状のレール１３，１４と直線レール１５，１６との間を通過する際に、それらの相対的な位置は変化するが、その変化は常に同じ過程を経ることになる。換言すると円弧状のレール１３，１４と直線レール１５，１６との間をブロック列３０は常に同じ軌道を通過する。従って位置精度を担保することができる。なお、直線レール１５，１６はカムフォロア４６，４７の回転軸間距離Ｄ以上の長さがあれば良いのであるが、軽量化及び上下回転の軽快性の観点から回転軸間距離Ｄに等価であることが好ましい。

円弧状のレール１３，１４は円環体の一部として構成される。しかし、製造効率の観点から、一定の厚さを有する円盤状のレール板１０１，１０２に円弧形に溝１１１，１２１を形成することにより円弧状のレール１３，１４を構成することが好ましい。図１８に示すように、円盤状のレール板１０１，１０２は、一対の溝１１１，１２１の溝底間の距離が、一対のカムフォロア４６，４７の全幅よりもわずかに長くなる間隙を隔てて平行に配置される。一対の溝１１１，１２１の深さは、カムフォロア４６，４７の外輪の全長（高さ）に一致する。一対の溝１１１，１２１の幅は、カムフォロア４６，４７の外輪の直径よりも十分広い。

一方の円盤状のレール板１０１には、円弧形の長径の溝（外側溝１１１）が形成され、他方の円盤状のレール板１０２には、外側溝１１１と同心円をなす円弧形の短径の溝（内側溝１２１）が形成されている。側面視において、外側溝１１１の溝幅と内側溝１２１の溝幅は、カムフォロア４６，４７の直径Ｒ１よりもわずかに広い距離分オーバーラップしている。

図１９に示すように、半径の長いレール板１０１の溝１１１の内側の壁面（案内面）１３１がブロック４０の一側面のカムフォロア４６の外輪が転動する案内面１３１として機能する。半径の短いレール板１０２の溝１２１の外側の壁面（案内面）１４１がブロック４０の反対側のカムフォロア４７の外輪が転動する案内面１４１として機能する。すなわち、外側溝１１１の内側の溝側面は、ブロック４０の一側面のカムフォロア４６をその内側から誘導し、ブロック列３０の軌道を内側から規制する内側レール１３の案内面１３１に相当し、外側溝１１１の内側の溝側面を含む部分が上記の内側レール１３として機能する。同様に、内側溝１２１の外側の溝側面は、ブロック４０の反対側のカムフォロア４７をその外側から誘導し、ブロック列３０の軌道を外側から規制する外側レール１４の案内面１４１に相当し、内側溝１２１の外側の溝側面を含む部分が上記の外側レール１４として機能する。

なお、図２０に示すように、直線レール１５，１６に対してブロック列３０を誘導するために直線レール１５，１６の先端に、前方に向かって逆テーパー状に拡がる一対の補助レール１７，１８をそれぞれ接続してもよい。

なお、図２１に示すように、アーム部２０を最長に伸長させるためにブロック列３０が最長距離で送り出されたときに、ブロック列３０が収容部に少なくとも半周分残留するようにブロック列３０はその全長を有することが好ましい。それにより、アーム部２０に円筒中心線ＣＬ１周りの外力、つまり捻れ外力が加わった場合であっても、その外力はアーム部２０に接続された先頭のブロック４０から、ブロック列３０の全体に連鎖的に伝達する。アーム部２０の捻れ誤差を縮小するには、アーム部２０の剛性、直動伸縮機構１の剛性、それらの支持剛性等を高めることはもちろん必要とされるが、本実施形態では、その捻れ誤差を効果的に抑えるために上述のように収容部に少なくとも半周分残留させるのに必要な全長をブロック列３０が備えている。

詳述する。図２２に示すようにアーム部２０には円筒中心線ＣＬ１を中心に例えば紙面時計回りに外力Ｆ０が加わったとき、ブロック列３０にもその外力Ｆ１，Ｆ２が加わる。開口１９１に近いブロック４０には、その外力Ｆ１はカムフォロア４６，４７が円弧状のレール１３，１４の案内面１３１，１４１から離れる方向に作用する。しかし、当該上部のブロック４０と反対側の下部に残留するブロック４０には、その外力Ｆ２はカムフォロア４６，４７が円弧状のレール１３，１４の案内面１３１，１４１に押しつけられる方向に作用する。従ってアーム部２０が最長より短いときはもちろんのこと、アーム部２０が最長に伸長したときであっても、ブロック列３０はレール１３，１４とともにアーム部２０の捻れ抑止を効果的に補佐することができる。一方、アーム部２０に紙面反時計回りに外力Ｆ０が加わったときには、下部のブロック４０には、その外力Ｆ２がカムフォロア４６，４７が円弧状のレール１３，１４の案内面１３１，１４１から離れる方向に作用するが、反対側の上部のブロック４０には、その外力Ｆ１はカムフォロア４６，４７が円弧状のレール１３，１４の案内面１３１，１４１に押しつけられる方向に作用する。同様に、ブロック列３０はアーム部２０の捻れ抑止を補佐することができる。

なお、本実施形態に係るアーム部２０は、テレスコピック構造に限定されることはない。例えば、図２３、図２４に示すように、アーム部６０は縦続された複数の直動案内機構６１，６２，６３により構成されてもよい。直動案内機構６１，６２，６３各々は、スライドレール（直動要素）、スライダからなる。複数の直動案内機構６１，６２，６３のうち最後尾の直動案内機構６３のスライドレールが蓋板１９に水平に固定され、先頭の直動案内機構６１のスライダが例えばＬ字形の接続具６４を介してブロック列３０の先頭のブロック４０に接続される。ブロック列３０が移動軸ＣＬ２に沿って前後に移動することに伴って、アーム部６０は伸縮される。アーム部の構造が異なるだけであり、複数の直動案内機構６１，６２，６３からなるアーム部６０を採用した直動伸縮機構であっても、アーム部２０としてテレスコピック構造を採用した直動伸縮機構１と同様の効果を奏する。

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…直動伸縮機構、１０…収容部、１１…筐体、２０…アーム部、２００…ロボット装置、２１０…基台、２２０…支柱部、２３０…サイドフレーム。

Claims (8)

1. 基台と、
   前記基台上に立設され、前記基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、
   前記支柱部上に、前記第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備し、
   前記直動伸縮機構は、
   多段に組まれる複数の直動要素と、
   列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、前記複数のブロックのうち先頭のブロックは前記複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、
   前記ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、前記複数の直動要素のうち最後尾の直動要素の下方であって前記支柱部の上方に配置される収容部とを有し、
   前記収容部は、前記ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、前記ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、
   前記ブロック各々の両側面には前記一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、
   前記一対の円弧レールは、前記収容部内で前記突状体の軌道を内側から規制する内側レールと、前記収容部内で前記突状体の軌道を外側から規制する外側レールとからなり、
   前記内側レールは、前記ブロック列の一方側に配置され、前記外側レールは前記ブロック列の他方側に配置される、ロボット装置。
2. 基台と、
   前記基台上に立設され、前記基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、
   前記支柱部上に、前記第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備し、
   前記直動伸縮機構は、
   多段に組まれる複数の直動要素と、
   列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、前記複数のブロックのうち先頭のブロックは前記複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、
   前記ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、前記複数の直動要素のうち最後尾の直動要素の下方であって前記支柱部の上方に配置される収容部とを有し、
   前記収容部は、前記ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、前記ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、
   前記ブロック各々の両側面には前記一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、
   前記ブロック列を構成する前記複数のブロックのうち少なくとも一のブロックには前記突状体が前記ブロックの両側面それぞれに２個ずつ設けられ、他のブロックには前記突状体が前記ブロックの両側面それぞれに１個ずつ設けられる、ロボット装置。
3. 基台と、
   前記基台上に立設され、前記基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、
   前記支柱部上に、前記第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備し、
   前記直動伸縮機構は、
   多段に組まれる複数の直動要素と、
   列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、前記複数のブロックのうち先頭のブロックは前記複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、
   前記ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、前記複数の直動要素のうち最後尾の直動要素の下方であって前記支柱部の上方に配置される収容部とを有し、
   前記収容部は、前記ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、前記ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、
   前記ブロック各々の両側面には前記一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、
   前記ブロック列を構成する前記複数のブロックのうち最後尾のブロックには前記突状体が前記ブロックの両側面それぞれに２個ずつ設けられ、他のブロックには前記突状体が前記ブロックの両側面それぞれに１個ずつ設けられる、ロボット装置。
4. 基台と、
   前記基台上に立設され、前記基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、
   前記支柱部上に、前記第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備し、
   前記直動伸縮機構は、
   多段に組まれる複数の直動要素と、
   列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、前記複数のブロックのうち先頭のブロックは前記複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、
   前記ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、前記複数の直動要素のうち最後尾の直動要素の下方であって前記支柱部の上方に配置される収容部とを有し、
   前記収容部は、前記ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、前記ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、
   前記ブロック各々の両側面には前記一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、
   前記一対の円弧レールそれぞれには直線レールが延設され、前記直線レールには前記ブロック列の出入りを誘導するために側面視において前方に向かって徐々に離れる一対の補助レールが延設される、ロボット装置。
5. 基台と、
   前記基台上に立設され、前記基台に垂直な第1回転軸を備える第１回転関節を有する支柱部と、
   前記支柱部上に、前記第1回転軸に直交する第２回転軸を備える第２回転関節を介して回転自在に支持される直動伸縮機構とを具備し、
   前記直動伸縮機構は、
   多段に組まれる複数の直動要素と、
   列状に連結される複数のブロックからなるブロック列であって、前記複数のブロックのうち先頭のブロックは前記複数の直動要素のうち先頭の直動要素に接続されるブロック列と、
   前記ブロック列を円弧軌道に沿って収容するものであって、前記複数の直動要素のうち最後尾の直動要素の下方であって前記支柱部の上方に配置される収容部とを有し、
   前記収容部は、前記ブロック列を円弧軌道に沿って移動させるために、前記ブロック列の両側に分設される一対の円弧レールを有し、
   前記ブロック各々の両側面には前記一対の円弧レールにそれぞれ係合する一対の突状体が設けられ、
   前記複数の直動要素それぞれが最長に伸長した状態で前記ブロック列は前記円弧軌道の少なくとも半周分収容されるのに必要な長さを有する、ロボット装置。
6. 前記円弧軌道の中心は前記第２回転軸上に位置する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット装置。
7. 前記突状体は、側面視において前記収容部内で前記突状体の中心線が前記ブロックを連結する回動軸とともに前記円弧状のレールと同心の円上に配列するように前記ブロック上の位置に設けられる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロボット装置。
8. 前記複数の直動要素は、多段入れ子構造に組まれた複数の筒体からなり、
   前記ブロックは、上方への回動が規制され、下向への回動が許容されるように回動軸を介して前記回動軸に直交する連結方向に沿って連結され、前記筒体の内部に挿入され、前記複数の筒体のうち先頭の筒体に前記複数のブロックのうち先頭のブロックが結合される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット装置。