JP7434080B2 - 関節装置 - Google Patents

Description

本発明は、関節装置に関する。

特許文献１には、脚式移動ロボットにおいて、２つのアクチュエータの駆動力によって足首関節を作動させる構成が開示されている。アクチュエータと足首関節とを接続する２つのロッドの両端のそれぞれは、ピッチ軸回りおよびロール軸回りに回転可能に構成されている。

特許第４２５５６６３号公報

しかしながら、上述した脚式移動ロボットにおいては、入力に相当するアクチュエータの駆動量と、出力に相当する足首関節の動作角度との関係が比較的複雑であるため、応答性が低下することが考えられる。また、上述した脚式移動ロボットにおいては、足首関節の角度によって、アクチュエータの駆動量に対する足首関節の動作角度が変化するため、入力と動作角度との関係が比較的複雑になる。よって、入力に対する動作角度の精度が低下することも考えられる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、入力と動作角度との関係を比較的簡便にできる関節装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明における関節装置は、第１リンクと、第２リンクと、第１リンクと第２リンクとを、第１軸線回りおよび第２軸線回りに回転可能に接続する関節部と、第１リンクに対して、第１軸線に平行な第３軸線回りに相対回動可能、かつ、第３軸線に沿って相対移動可能な第１中間部材と、第１リンクに対して、第１軸線に平行な第４軸線回りに相対回動可能、かつ、第４軸線に沿って相対移動可能な第２中間部材と、を備え、第２リンクは、第１中間部材に対して、第２軸線に平行な第５軸線回りに相対回動可能、かつ、第５軸線に沿って相対移動可能であるとともに、第２中間部材に対して、第２軸線に平行な第６軸線回りに相対回動可能、かつ、第６軸線に沿って相対移動可能であり、第１軸線と第３軸線との間の距離と、第２軸線と第５軸線との間の距離との比は、第１軸線と第４軸線との間の距離と、第２軸線と第６軸線との間の距離との比に等しい。

本発明の関節装置によれば、入力と動作角度との関係を比較的簡便にできる。

本発明の実施形態に係る関節装置が初期状態であるときの斜視図である。 図１に示す関節装置の他の斜視図である。 第１リンク機構部および第２リンク機構部の構成を示す拡大図である。 第１Ｙ軸線を含み上下方向に直交する平面によって切断された、図１に示す関節装置の断面図である。 第１リンクと第２リンクとが第１Ｙ軸線回りに相対的に回転した状態を示す関節装置の右側面図である。 図５Ａに示す関節装置の左側面図である。 図５Ａに示す関節装置の正面図である。 第１リンクと第２リンクとが第１Ｙ軸線回りおよび第１Ｘ軸線回りに相対的に回転した状態を示す関節装置の右側面図である。 図６Ａに示す関節装置の左側面図である。 図６Ａに示す関節装置の正面図である。

以下、本発明の実施形態に係る関節装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、図１における上側および下側をそれぞれ関節装置１の上方および下方とし、同じく左上側および右下側をそれぞれ関節装置１の右方および左方とし、同じく左下側および右上側をそれぞれ関節装置１の前方および後方として説明する。

また、関節装置１の構成部品が図１乃至図３に示す位置関係にある状態を、関節装置１の初期状態とする。以下、関節装置１が初期状態である場合について説明する。

関節装置１は、ロボットの足首や手首などの関節に用いられるものである。関節装置１は、図１乃至図４に示すように、第１リンク１０、第２リンク２０、関節部３０、第１リンク機構部４０および第２リンク機構部５０を備えている。

第１リンク１０は、上下方向に沿って互いに平行に延びる２つのリンクで構成されている。第１リンク１０の下端部には、左右方向に沿って延びる第１軸部材１１が一体に固定されている。第１リンク１０の上端部には、左右方向に沿って延びる第２軸部材１２が一体に固定されている。関節装置１がロボットの足首の関節に用いられる場合、第１リンク１０は脛部分に相当する。

第２リンク２０は、平板状に形成され、板面が上下方向に対して垂直となるように配置されている。関節装置１がロボットの足首の関節に用いられる場合、第２リンク２０は足部分に相当する。

関節部３０は、第１リンク１０と第２リンク２０とを、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りおよび第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに回転可能に接続するものである。第１Ｙ軸線Ｌｙ１は、第１軸部材１１の中心軸である。第１Ｘ軸線Ｌｘ１は、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と垂直な軸線である。第１Ｙ軸線Ｌｙ１は、「第１軸線」の一例である。第１Ｘ軸線Ｌｘ１は、「第２軸線」の一例である。

関節部３０は、左右方向を長手方向とする直方体状に形成されている。関節部３０には、第１軸部材１１が第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに相対回転可能に篏合する（図４）。関節部３０には、前面から前方に向けて前後方向に沿って延びる円柱状の第１突出部３１、および、後面から後方に向けて前後方向に沿って延び、第１突出部３１と同軸の円柱状の第２突出部３２が形成されている（図４）。第１突出部３１および第２突出部３２の中心軸は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１である。

第１突出部３１には、第２リンク２０に下端が固定された第１板部材２１の上端部が第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回転可能に篏合する。また、第２突出部３２には、第２リンク２０に下端が固定された第２板部材２２の上端部が第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回転可能に篏合する。

関節部３０が第１軸部材１１に対して第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに回転することにより、第１リンク１０と第２リンク２０とが第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに相対回転する。また、関節部３０の第１突出部３１および第２突出部３２が第１板部材２１および第２板部材２２に対して第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに回転することにより、第１リンク１０と第２リンク２０とが第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回転する。

第１リンク機構部４０および第２リンク機構部５０は、第１リンク１０と第２リンク２０とを第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りおよび第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回転させるように駆動するものである。

第１リンク機構部４０は、第１アクチュエータ４１、第１駆動リンク４２、第１従動リンク４３、第２従動リンク４４、第３軸部材４５、第１連結部４６および第２連結部４７を備えている。図３および図４に示すように、第１駆動リンク４２、第１従動リンク４３、第２従動リンク４４、第３軸部材４５、第１連結部４６および第２連結部４７は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１より右方に配置されている。第２従動リンク４４は、「第１中間リンク」の一例である。

第１アクチュエータ４１は、第１リンク機構部４０を駆動するものである。第１アクチュエータ４１は、直流モータ（不図示）および減速機構（不図示）を含んで構成されている。第１アクチュエータ４１の出力軸４１ａには、第１駆動リンク４２の第１端部が一体回動可能に固定されている。

第１駆動リンク４２は、前後方向に沿って延びるように配置されている。第１駆動リンク４２の第２端部には、第１従動リンク４３の第１端部が相対回動可能に接続されている。

第１従動リンク４３は、第１リンク１０と平行に配置されている。第１従動リンク４３の第２端部には、第２従動リンク４４の第１端部が第３軸部材４５を介して第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動可能に接続されている。第２Ｙ軸線Ｌｙ２は、第３軸部材４５の中心軸である。第２Ｙ軸線Ｌｙ２は、「第３軸線」の一例である。

第３軸部材４５は、第１軸部材１１と平行に配置されている。すなわち、第２Ｙ軸線Ｌｙ２と第１Ｙ軸線Ｌｙ１とは互いに平行である。また、第２Ｙ軸線Ｌｙ２と第１Ｙ軸線Ｌｙ１との間の距離が第１Ｙ距離Ｄｙ１となるように、第３軸部材４５が配置されている。第３軸部材４５は、第１従動リンク４３の第２端部および第２従動リンク４４の第１端部に第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動可能、かつ、左右方向に沿って移動できないように篏合する。

第２従動リンク４４は、第１駆動リンク４２と平行に配置されている。第２従動リンク４４の第２端部には、右側第１リンク１０ａの下端部が第１軸部材１１を介して第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに相対回動可能に接続されている。右側第１リンク１０ａは、第１リンク１０を構成する２つのリンクのうち、右側のリンクである。

また、右側第１リンク１０ａ、第１駆動リンク４２、第１従動リンク４３および第２従動リンク４４は、平行リンク機構を構成する。第１駆動リンク４２が第１アクチュエータ４１によって駆動されることにより、第１従動リンク４３および第２従動リンク４４が動作する。これにより、第１従動リンク４３の第２端部および第２従動リンク４４の第１端部に篏合する第３軸部材４５が、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第２Ｙ軸線Ｌｙ２との間の距離を第１Ｙ距離Ｄｙ１に維持しながら、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに回動する。

第１連結部４６は、第３軸部材４５と第２連結部４７とを連結するものである。第１連結部４６は、直方体状に形成されている。第１連結部４６は、内部に固定された第１軸受部４６ａを介して第３軸部材４５と篏合する。第１軸受部４６ａは、例えばボールブッシュである。

第１軸受部４６ａには、第３軸部材４５が第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに回動可能に、かつ、第２Ｙ軸線Ｌｙ２に沿って左右方向に移動可能に篏合する。これにより、第１連結部４６は、第１リンク１０に対して、第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動可能に、かつ、第２Ｙ軸線Ｌｙ２に沿って相対移動可能になる。第１連結部４６は、「第１中間部材」の一例である。

また、第１連結部４６には、第１軸受部４６ａの周側面から前方に向けて前後方向に沿って延びる円柱状の第３突出部４６ｂ、および、第１軸受部４６ａの周側面から後方に向けて前後方向に沿って延び、第３突出部４６ｂと同軸の円柱状の第４突出部４６ｃが形成されている（図４）。

第３突出部４６ｂおよび第４突出部４６ｃの中心軸は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と平行な第２Ｘ軸線Ｌｘ２である。また、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第２Ｘ軸線Ｌｘ２との間の距離が第１Ｘ距離Ｄｘ１となるように、第３突出部４６ｂおよび第４突出部４６ｃが配置されている。第２Ｘ軸線Ｌｘ２は、「第５軸線」の一例である。

第２連結部４７は、第１連結部４６と第２リンク２０とを連結するものである。第２連結部４７は、上方を開放する側面視Ｕの字状の板状に形成されている。第２連結部４７の内側には、第１連結部４６が配置される。

第２連結部４７の前板部４７ａの上端部には、第３突出部４６ｂが転がり軸受４７ｂを介して第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対回動可能に篏合する。第２連結部４７の後板部４７ｃの上端部には、第４突出部４６ｃが転がり軸受４７ｄを介して第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対回動可能に篏合する。第２連結部４７の底板部４７ｅには、第２リンク２０がリニアガイド４７ｆを介して第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿って相対移動可能に篏合する。これにより、第２リンク２０は、第２連結部４７によって、第１連結部４６に対して第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対回動可能に、かつ、第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿って相対移動可能になる。

第２リンク機構部５０は、第２アクチュエータ５１、第２駆動リンク５２、第３従動リンク５３、第４軸部材５４、第４従動リンク５５、第３連結部５６、第４連結部５７、および、第５軸部材５８を備えている。第２駆動リンク５２、第３従動リンク５３、第４軸部材５４、第４従動リンク５５、第３連結部５６、第４連結部５７、および、第５軸部材５８は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１より左方に配置されている。第４従動リンク５５は、「第２中間リンク」の一例である。

第２アクチュエータ５１は、第２リンク機構部５０を駆動するものである。第２アクチュエータ５１は、直流モータ（不図示）および減速機構（不図示）を含んで構成されている。第２アクチュエータ５１の出力軸５１ａには、第２駆動リンク５２の第１端部が一体回動可能に固定される。

第２駆動リンク５２は、前後方向に沿って延びるように配置されている。第２駆動リンク５２の第２端部には、第３従動リンク５３の第１端部が相対回動可能に接続されている。

第３従動リンク５３は、第１リンク１０と平行に配置されている。第３従動リンク５３の第２端部には、第４従動リンク５５の第１端部が、第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動可能に接続されている。第３Ｙ軸線Ｌｙ３は、第４軸部材５４の軸線である。第３Ｙ軸線Ｌｙ３と第１Ｙ軸線Ｌｙ１とが互いに平行となるように、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３と第１Ｙ軸線Ｌｙ１との間の距離が第２Ｙ距離Ｄｙ２となるように、第４軸部材５４は配置されている。第３Ｙ軸線Ｌｙ３は、「第４軸線」の一例である。

第４従動リンク５５は、第２駆動リンク５２と平行に配置されている。第４従動リンク５５の第２端部には、左側第１リンク１０ｂの下端部が第１軸部材１１を介して第１Ｙ軸線Ｌｙ１の回りに相対回動可能に接続されている。左側第１リンク１０ｂは、第１リンク１０を構成する２つのリンクのうち左側のリンクである。

第３連結部５６は、第４従動リンク５５と第４連結部５７とを連結するものである。第３連結部５６は、直方体状に形成されている。第３連結部５６は、第４従動リンク５５の第１端部に、第４従動リンク５５と一体に形成されている。第３連結部５６は、内部に固定された第２軸受部５６ａを介して第４軸部材５４と篏合する。第２軸受部５６ａは、例えばボールブッシュである。

第２軸受部５６ａには、第４軸部材５４の第１端部が第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに回動可能に、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って移動可能に篏合する。

また、左側第１リンク１０ｂ、第２駆動リンク５２、第３従動リンク５３および第４従動リンク５５は、平行リンク機構を構成する。第２駆動リンク５２が第２アクチュエータ５１によって駆動されることにより、第３従動リンク５３および第４従動リンク５５が動作する。これにより、第４従動リンク５５と一体の第３連結部５６に篏合する第４軸部材５４は、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第３Ｙ軸線Ｌｙ３との間の距離を第２Ｙ距離Ｄｙ２に維持しながら、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに回動する。

第４連結部５７は、第３連結部５６と第２リンク２０とを連結するものである。第４連結部５７は、直方体状に形成されている。第４連結部５７は、第４軸部材５４を介して、第３連結部５６と連結する。第４連結部５７には、第４軸部材５４の第２端部が第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに一体回動可能に、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って移動できないように固定されている。これにより、第４連結部５７は、第４軸部材５４の第１端部が篏合する第２軸受部５６ａに対して、第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動可能に、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って相対移動可能になる。

このため、第４連結部５７は、第２軸受部５６ａが固定された第３連結部５６ひいては第１リンク１０に対して、第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動可能に、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って相対移動可能になる。第４連結部５７は、「第２中間部材」の一例である。

また、第４連結部５７は、内部に固定された第３軸受部５７ａを介して第５軸部材５８と篏合する。第３軸受部５７ａは、例えばボールブッシュである。第３軸受部５７ａには、第５軸部材５８が第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに回動可能に、かつ、第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿って移動可能に篏合する。

第３Ｘ軸線Ｌｘ３は、第５軸部材５８の中心軸である。第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第３Ｘ軸線Ｌｘ３とが互いに平行になるように、かつ、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第３Ｘ軸線Ｌｘ３との間の距離が第２Ｘ距離Ｄｘ２となるように、第５軸部材５８が配置されている。第３Ｘ軸線Ｌｘ３は、「第６軸線」の一例である。

第５軸部材５８の第１端部には、第２リンク２０に下端が固定された第３板部材２３の上端部が第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに一体回動可能に固定される。また、第５軸部材５８の第２端部は、第２板部材２２に一体回動可能に固定されている。第２板部材２２は、上述したように、下端が第２リンク２０に固定され、上端部が関節部３０の第２突出部３２に第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回動可能に篏合している。これにより、第２リンク２０は、第４連結部５７によって、第３連結部５６に対して第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに相対回動可能に、かつ、第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿って相対移動可能になる。

また、関節装置１は、初期状態である場合において、各Ｘ軸線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３および第２，第３Ｙ軸線Ｌｙ２，Ｌｙ３が第１Ｙ軸線Ｌｙ１を含み上下方向と直交する平面に位置するように構成されている。すなわち、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第１Ｘ軸線Ｌｘ１とは直交する。また、第２Ｙ軸線Ｌｙ２と第２Ｘ軸線Ｌｘ２とは直交する。さらに、第３Ｙ軸線Ｌｙ３と第３Ｘ軸線Ｌｘ３とは直交する。

さらに、式（１）に示すように、第１Ｙ距離Ｄｙ１と第１Ｘ距離Ｄｘ１との比は、第２Ｙ距離Ｄｙ２と第２Ｘ距離Ｄｘ２との比に等しくなるように設定されている。式（１）において、Ｋは任意の値である。本実施形態においては、第１Ｙ距離Ｄｙ１と第１Ｘ距離Ｄｘ１との比、および、第２Ｙ距離Ｄｙ２と第２Ｘ距離Ｄｘ２との比は、１（すなわち、Ｋ＝１）となるように設定されている。

（第１Ｙ距離Ｄｙ１／第１Ｘ距離Ｄｘ１）
＝（第２Ｙ距離Ｄｙ２／第２Ｘ距離Ｄｘ２）＝Ｋ ・・・（１）

また、本実施形態においては、第１Ｙ距離Ｄｙ１と第２Ｙ距離Ｄｙ２とは、等しくなるように設定され、かつ、第１Ｘ距離Ｄｘ１と第２Ｘ距離Ｄｘ２とは、等しくなるように設定されている。これにより、関節装置１が初期状態である場合において、第２Ｙ軸線Ｌｙ２と第３Ｙ軸線Ｌｙ３とは同軸に配置されている。

次に、上述した関節装置１の動作について説明する。はじめに、図５Ａ乃至図５Ｃを用いて、関節装置１が初期状態であるところから、第１リンク１０と第２リンク２０とが第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに第１角度θ１、相対的に回転する場合について説明する。

この場合、第１アクチュエータ４１は、第１駆動リンク４２を出力軸４１ａ回りに右側面視において反時計方向に第１角度θ１、回動させる（図５Ａ）。これにより、第１駆動リンク４２とともに平行リンク機構を構成する右側第１リンク１０ａは、第２リンク２０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに右側面視において時計方向に第１角度θ１、回動する。

なお、この場合、第１リンク機構部４０の第１連結部４６は、右側第１リンク１０ａに対して、第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対的に回動するが、第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿って移動しない（図５Ａ）。また、この場合、第１連結部４６は、第２リンク２０に対して、第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対的に回動せず、かつ、第２Ｙ軸線Ｌｙ２に沿って移動しない（図５Ｃ）。

一方、第２アクチュエータ５１は、第２駆動リンク５２を出力軸５１ａ回りに左側面視において時計方向に第１角度θ１、回動させる（図５Ｂ）。これにより、第２駆動リンク５２とともに平行リンク機構を構成する左側第１リンク１０ｂは、第２リンク２０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに左側面視において反時計方向に第１角度θ１、回動する。

なお、この場合、第２リンク機構部５０の第４連結部５７は、左側第１リンク１０ｂに対して、第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対的に回動するが、第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿って移動しない（図５Ｂ）。また、この場合、第４連結部５７は、第２リンク２０に対して、第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに相対的に回動せず、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って移動しない（図５Ｃ）。

これらによって、第１リンク１０は、第２リンク２０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに左側面視において反時計方向に第１角度θ１、回転する。

続けて、図６Ａ乃至図６Ｃを用いて、関節装置１が初期状態であるところから、第１リンク１０と第２リンク２０とが第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに第１角度θ１、および、第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに第２角度θ２、相対的に回転する場合について説明する。

この場合、第１アクチュエータ４１は、上述したように、第１駆動リンク４２を出力軸４１ａ回りに右側面視において反時計方向に第１角度θ１、回動させてから、出力軸４１ａ回りに右側面視において時計方向に第３角度θ３、回動させる（図６Ａ）。第２角度θ２と第３角度θ３との関係は、後述する。

一方、第２アクチュエータ５１は、上述したように、第２駆動リンク５２を出力軸５１ａ回りに左側面視において時計方向に第１角度θ１、回動させてから、出力軸５１ａ回りに左側面視において時計方向にさらに第３角度θ３、回動させる（図６Ｂ）。

このように、各アクチュエータ４１，５１は、対応する各駆動リンク４２，５２を一方の側面視において同じ方向に第１角度θ１、回動させた後、一方の側面視において互いに異なる方向に第３角度θ３、回動させる。

この場合、第１リンク機構部４０の第１連結部４６は、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに右側面視において時計方向に回動する（図６Ａ）。これによって、第１連結部４６は、右側第１リンク１０ａに対して第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対的に回動し、かつ、第２リンク２０に対して第２連結部４７によって第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿って前方に相対移動する。

さらにこの場合、第１連結部４６は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに正面視において時計回りに回動する（図６Ｃ）。これによって、第１連結部４６は、右側第１リンク１０ａに対して第２Ｙ軸線Ｌｙ２に沿って左方に移動し、かつ、第２リンク２０に対して第２連結部４７によって第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対的に回動する。

一方、第２リンク機構部５０の第４連結部５７は、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに左側面視において時計方向に回動する（図６Ｂ）。これによって、第４連結部５７は、左側第１リンク１０ｂに対して第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対的に回動し、かつ、第２リンク２０に対して第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿って前方に相対移動する。

さらにこの場合、第４連結部５７は、第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに正面視において時計回りに回動する（図６Ｃ）。これによって、第４連結部５７は、左側第１リンク１０ｂに対して第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って右方に移動し、かつ、第２リンク２０に対して第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに相対的に回動する。

このように第１リンク機構部４０および第２リンク機構部５０が動作するように関節装置１が構成されているため、第２角度θ２と第３角度θ３との関係は、式（２）によって表される。

θ２＝ｓｉｎ^－１（Ｋ×ｓｉｎ（θ３）） ・・・（２）

また、第１駆動リンク４２の動作角度をθ_Ｌとし、第２駆動リンク５２の動作角度をθ_Ｒとすると、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように式（３）および式（４）が成立する。

θ１－θ３＝θ_Ｌ ・・・（３）

θ１＋θ３＝θ_Ｒ ・・・（４）

式（３）および式（４）から、式（５）および式（６）が導出される。

θ１＝（θ_Ｌ＋θ_Ｒ）／２ ・・・（５）

θ３＝（θ_Ｒ－θ_Ｌ）／２ ・・・（６）

よって、式（２），（５），（６）を用いて、第１駆動リンク４２の動作角度（θ_Ｌ）、および、第２駆動リンク５２の動作角度（θ_Ｒ）を変化させることで、第１リンク１０の動作角度に相当する第１角度θ１、および、第２リンク２０の動作角度に相当する第２角度θ２を変化させることができる。すなわち、第１リンク１０と第２リンク２０との現時点の位置関係によらずに、第１駆動リンク４２の動作角度（θ_Ｌ）および第２駆動リンク５２の動作角度（θ_Ｒ）によって、第１角度θ１および第２角度θ２を制御できる。

また、上述したように、本実施形態では、Ｋ＝１であるため、θ２＝θ３となる。したがって、本実施形態では、式（５），（６）を用いて、第１角度θ１および第２角度θ２を制御できる。

本実施形態によれば、関節装置１は、第１リンク１０と、第２リンク２０と、第１リンク１０と第２リンク２０とを、第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りおよび第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに回転可能に接続する関節部３０と、第１リンク１０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１に平行な第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動可能、かつ、第２Ｙ軸線Ｌｙ２に沿って相対移動可能な第１連結部４６と、第１リンク１０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１に平行な第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動可能、かつ、第３Ｙ軸線Ｌｙ３に沿って相対移動可能な第４連結部５７と、を備えている。第２リンク２０は、第１連結部４６に対して、第１Ｘ軸線Ｌｘ１に平行な第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りに相対回動可能、かつ、第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿って相対移動可能であるとともに、第４連結部５７に対して、第１Ｘ軸線Ｌｘ１に平行な第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りに相対回動可能、かつ、第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿って相対移動可能である。

これによれば、第１リンク１０と第２リンク２０とが第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りおよび第１Ｘ軸線Ｌｘ１回りに相対回転する場合、第１連結部４６および第４連結部５７それぞれが、第１リンク１０に対して、第１Ｙ軸線Ｌｙ１に平行な軸線回りに相対回動可能かつ第１Ｙ軸線Ｌｙ１に平行な軸線に沿って移動可能である。また、第１連結部４６および第４連結部５７それぞれが、第２リンク２０に対して、第１Ｘ軸線Ｌｘ１に平行な軸線回りに相対回動可能かつ第１Ｘ軸線Ｌｘ１に平行な軸線に沿って移動可能である。よって、関節装置１は、入力と動作角度との関係を比較的簡便にできる。

また、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第２Ｙ軸線Ｌｙ２との間の距離と、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第２Ｘ軸線Ｌｘ２との間の距離との比は、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第３Ｙ軸線Ｌｙ３との間の距離と、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第３Ｘ軸線Ｌｘ３との間の距離との比に等しい。

これによれば、関節装置１は、入力と動作角度との関係を確実に簡便にできる。

また、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第２Ｙ軸線Ｌｙ２との間の距離と、第１Ｘ軸線Ｌｘ１と第２Ｘ軸線Ｌｘ２との間の距離との比は１である。

これによれば、関節装置１は、入力と動作角度との関係をより確実に簡便にできる。

また、第１Ｙ軸線Ｌｙ１を含む平面と第１Ｘ軸線Ｌｘ１を含む平面とは互いに直交している。また、第１Ｙ軸線Ｌｙ１と第２Ｙ軸線Ｌｙ２との間の距離は不変である。

これによれば、関節装置１は、入力と動作角度との関係をさらに確実に簡便にできる。

また、関節装置１は、第１リンク１０とともに第１平行クランク機構を構成し、かつ、第１リンク１０に対して第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに相対回動可能である第２従動リンク４４と、第１リンク１０とともに第２平行クランク機構を構成し、かつ、第１リンク１０に対して第１Ｙ軸線Ｌｙ１回りに相対回動可能である第４従動リンク５５と、を更に備えている。第１連結部４６は、第２従動リンク４４に対して第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動可能である。第４連結部５７は、第４従動リンク５５に対して第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動可能である。

これによれば、第１連結部４６は、第１リンク１０に対して確実に第２Ｙ軸線Ｌｙ２回りに相対回動することができる。また、第４連結部５７は、第１リンク１０に対して確実に第３Ｙ軸線Ｌｙ３回りに相対回動することができる。

また、関節装置１は、第1平行クランク機構に動力を伝える第１アクチュエータ４１と、第２平行クランク機構に動力を伝える第２アクチュエータ５１と、を更に備える。

これによれば、関節装置１は、第１アクチュエータ４１および第２アクチュエータ５１によって動作することができる。

以上、好ましい形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第３連結部５６は、第４従動リンク５５と一体に形成されているが、これに代えて、第４従動リンク５５と別体に形成されてもよい。

また、第１連結部４６は、第２従動リンク４４と別体に形成されているが、これに代えて、第２従動リンク４４と一体に形成されてもよい。

また、第２連結部４７の前板部４７ａの上端部と第３突出部４６ｂとの篏合は、転がり軸受を介しているが、これに代えて、すべり軸受を介してもよい。

また、第２リンク機構部５０の第４連結部５７は、第３軸受部５７ａによって第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りの回動および第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿った移動を可能としているが、これに代えて、第１リンク機構部４０の第２連結部４７と同様の構成にしてもよい。この場合、第４連結部５７は、側面視コの字状の板状に形成され、第３軸受部５７ａに代えて、転がり軸受によって第３Ｘ軸線Ｌｘ３回りの回動を可能とし、かつ、リニアガイドによって第３Ｘ軸線Ｌｘ３に沿った移動を可能とする。この転がり軸受およびリニアガイドは、第２連結部４７のように互いに上下方向に位置するように配置される。よって、この場合、第４連結部５７は、第３軸受部５７ａを用いる場合に比べて、左右方向の長さを短くすることができる。したがって、関節装置１は、左右方向のコンパクト化を図ることができる。

また、第１リンク機構部４０の第２連結部４７は、転がり軸受によって第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りの回動を可能にし、かつ、転がり軸受より下方に配置されたリニアガイドによって第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿った移動を可能としている。これに対して、第２連結部４７を、第２リンク機構部５０における第４連結部５７と同様の構成にしてもよい。この場合、第２連結部４７は、直方体状に形成され、ボールブッシュによって、第２Ｘ軸線Ｌｘ２回りの回動および第２Ｘ軸線Ｌｘ２に沿った移動を可能とする。この場合、第２連結部４７は、転がり軸受およびリニアガイドが用いられる場合に比べて、上下方向の長さを短くすることができる。したがって、関節装置１は、上下方向のコンパクト化を図ることができる。

また、関節装置１は、各アクチュエータ４１，５１を備えなくてもよい。この場合、例えば関節装置１がロボットに適用された場合にロボットが備える他の動力によって、関節装置１は受動的に動作する。

また、第１Ｙ軸線と第１Ｘ軸線とは直交しているが、これに代えて、直交していなくてもよい。第２Ｙ軸線と第２Ｘ軸線とは直交しているが、これに代えて、直交していなくもよい。さらに、第３Ｙ軸線と第３Ｘ軸線とは直交しているが、これに代えて、直交していなくもよい。

本発明の関節装置は、ロボットに広く利用可能である。

１ 関節装置
１０ 第１リンク
２０ 第２リンク
３０ 関節部
４０ 第１リンク機構部
４１ 第１アクチュエータ
４２ 駆動リンク
４２ 第１駆動リンク
４３ 第１従動リンク
４４ 第２従動リンク（第１中間リンク）
４５ 第３軸部材
４６ 第１連結部（第１中間部材）
４７ 第２連結部
５０ 第２リンク機構部
５１ 第２アクチュエータ
５２ 駆動リンク
５２ 第２駆動リンク
５３ 第３従動リンク
５４ 第４軸部材
５５ 第４従動リンク（第２中間リンク）
５６ 第３連結部
５７ 第４連結部（第２中間部材）
５８ 第５軸部材
Ｄｘ１ 第１Ｘ距離
Ｄｘ２ 第２Ｘ距離
Ｄｙ１ 第１Ｙ距離
Ｄｙ２ 第２Ｙ距離
Ｌｘ１ 第１Ｘ軸線（第２軸線）
Ｌｘ２ 第２Ｘ軸線（第５軸線）
Ｌｘ３ 第３Ｘ軸線（第６軸線）
Ｌｙ１ 第１Ｙ軸線（第１軸線）
Ｌｙ２ 第２Ｙ軸線（第３軸線）
Ｌｙ３ 第３Ｙ軸線（第４軸線）

Claims (6)

1. 第１リンクと、
   第２リンクと、
   前記第１リンクと前記第２リンクとを、第１軸線回りおよび第２軸線回りに回転可能に接続する関節部と、
   前記第１リンクに対して、前記第１軸線に平行な第３軸線回りに相対回動可能、かつ、前記第３軸線に沿って相対移動可能な第１中間部材と、
   前記第１リンクに対して、前記第１軸線に平行な第４軸線回りに相対回動可能、かつ、前記第４軸線に沿って相対移動可能な第２中間部材と、を備え、
   前記第２リンクは、前記第１中間部材に対して、前記第２軸線に平行な第５軸線回りに相対回動可能、かつ、前記第５軸線に沿って相対移動可能であるとともに、前記第２中間部材に対して、前記第２軸線に平行な第６軸線回りに相対回動可能、かつ、前記第６軸線に沿って相対移動可能であり、
   前記第１軸線と前記第３軸線との間の距離と、前記第２軸線と前記第５軸線との間の距離との比は、前記第１軸線と前記第４軸線との間の距離と、前記第２軸線と前記第６軸線との間の距離との比に等しい、
   関節装置。
2. 前記第１軸線と前記第３軸線との間の距離と、前記第２軸線と前記第５軸線との間の距離との比は１である、
   請求項１に記載の関節装置。
3. 前記第１軸線を含む平面と前記第２軸線を含む平面とは互いに直交しており、
   前記第１軸線と前記第３軸線との間の距離は不変である、
   請求項１または２に記載の関節装置。
4. 前記第１軸線および前記第３軸線が通り、前記第１リンクに対して前記第１軸線回りに相対回動可能である第１中間リンクと、
   前記第１軸線および前記第４軸線が通り、前記第１リンクに対して前記第１軸線回りに相対回動可能である第２中間リンクと、をさらに備えている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の関節装置。
5. 前記第１中間リンクは、前記第１リンクとともに第１平行クランク機構を構成し、
   前記第２中間リンクは、前記第１リンクとともに第２平行クランク機構を構成し、
   前記第1中間部材は、前記第1中間リンクに対して前記第３軸線回りに相対回動可能であり、
   前記第２中間部材は、前記第２中間リンクに対して前記第４軸線回りに相対回動可能である
   請求項４に記載の関節装置。
6. 前記第1平行クランク機構に動力を伝える第１アクチュエータと、
   前記第２平行クランク機構に動力を伝える第２アクチュエータと、を更に備える、
   請求項５に記載の関節装置。

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