JP7514791B2 - リンク機構 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータによって駆動される関節を備えたリンク機構に関する。

リンク機構として、特許文献１に記載されたものが知られている。このリンク機構は、関節によって結合された一対のメインリンクと、関節に設けられた２つのアクチュエータと、回動バー上に設けられたスライダと、スライダに連結されたＡリンク機構及びＢリンク機構と、回動バーに連結された一対のコイルばねなどを備えている。

このリンク機構では、関節が２つのアクチュエータによって駆動されることによって、メインリンクの一方が他方に対して回動する。また、２つのアクチュエータによって、Ａリンク機構及びＢリンク機構が駆動されることにより、回動バー上におけるスライダの位置が変更される。その結果、外力に対する関節の剛性が変更される。

特許第６５８１２３５号公報

上記従来のリンク機構によれば、構成上の理由により、外力に対する関節の剛性を変更する際、２つのアクチュエータが必要となるので、リンク機構がｎ個の関節を備えている場合、２ｎ個のアクチュエータが必要になる。その結果、装置の重量及びサイズの増大化を招き、製造コストの上昇を招いてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、外力に対する関節の剛性を変更可能な場合において、アクチュエータの必要数を低減することができるリンク機構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、請求項１に係るリンク機構１，１Ａは、機構本体（筐体１１）と、機構本体に設けられ、各々が本体部１２ａ及び駆動部（駆動プーリ１２ｂ）を有する複数の第１アクチュエータ１２と、複数の第１アクチュエータ１２の駆動部によってそれぞれ駆動され、複数のリンク２ａを結合する複数の関節２ｂと、機構本体に設けられ、複数の第１アクチュエータ１２の本体部１２ａの各々を回動自在に支持する軸受１２ｃと、複数の第１アクチュエータ１２の本体部１２ａに連結され、本体部１２ａを所定方向に回転させるような外力が本体部１２ａに作用したときに外力に対する反力を発生するとともに、複数の関節２ｂの剛性を変更するように構成された可変剛性機構２０，３０と、を備え、可変剛性機構２０，３０は、外力が複数の第１アクチュエータ１２の本体部１２ａに作用したときに外力に抗しながら弾性変形する複数の弾性部材（板ばね２４、ねじりコイルばね３５）と、位置を直線状に変更可能に構成され、位置変更により、複数の弾性部材の各々の弾性変形に起因して発生する反力を変更可能な複数の移動部材（ローラ２２ｄ、直動軸受３３）と、複数の第１アクチュエータ１２とは別個に設けられ、複数の移動部材を同時に駆動することにより、複数の移動部材の位置を変更する１つの第２アクチュエータ２１と、を有することを特徴とする。

このリンク機構によれば、軸受によって、複数の第１アクチュエータの本体部の各々が回動自在に支持されており、本体部を所定方向に回転させるような外力が本体部に作用したときに、可変剛性機構における複数の弾性部材が外力に抗しながら弾性変形する。また、第２アクチュエータが移動部材の位置を変更することにより、複数の弾性部材の各々の弾性変形に起因して発生する反力が変更され、それにより、外力に対する複数の関節の剛性が同時に変更されることになる。

このように、複数の関節を備えたリンク機構において、１つの第２アクチュエータにより、外力に対する複数の関節の剛性を同時に変更することができる。したがって、ｎ個の第１アクチュエータと、１個の第２アクチュエータとによって、リンク機構におけるｎ個の関節の剛性を同時に変更することができる。その結果、ｎ個の関節を備えたリンク機構において、ｎ個の関節の剛性を変更する際に２ｎ個のアクチュエータが必要な従来の場合と比べて、アクチュエータの必要数をｎ－１個分、低減することができる。それにより、装置の軽量化及びサイズの小型化を図ることができ、製造コストを低減することができる。なお、本明細書における２つの部材を「連結する」ことは、２つの部材同士を直接、連結することに限らず、２つの部材を他の部材を介して間接的に連結することも含む。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のリンク機構１において、複数の弾性部材の各々は、本体部１２ａに連結された板ばね２４で構成され、複数の移動部材の各々は、板ばねの本体部１２ａとの連結部分以外の部位を両側から挟持する一対の挟持部材（ローラ２２ｄ）であり、可変剛性機構２０は、一対の挟持部材を１組として１組以上の挟持部材が設けられ、板ばねの延設方向に移動可能な駆動部材（スライダ２２）をさらに有しており、第２アクチュエータ２１は、駆動部材を板ばねの延設方向に駆動することにより、１組以上の挟持部材が板ばねを挟持する位置を変更することを特徴とする。

このリンク機構によれば、第２アクチュエータによって、駆動部材が板ばねの延設方向に駆動されることにより、１組以上の挟持部材が板ばねを挟持する位置が変更される。すなわち板ばねが１組の挟持部材によって挟持される部位と、本体部に連結された部分との間の長さが変更されることにより、外力が複数の板ばねに入力された際の、外力に抗する反力が変更され、複数の関節の剛性が変更されることになる。このように、複数の板ばね及び１組以上の挟持部材が設けられた駆動部材という比較的、簡易な構成によって、複数の関節の剛性を同時に変更することができる。それにより、装置の軽量化及びサイズの小型化を図ることができ、リンク機構の製造コストをさらに低減することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のリンク機構１において、板ばね２４は、複数の板ばね材２４ａを重ね合わせて構成されており、複数の板ばね材２４ａにおける隣り合う２つの板ばね材２４ａ，２４ａの間には、グリースが充填されていることを特徴とする。

このリンク機構によれば、２枚の板ばね材の間に充填されたグリースの粘性抵抗により、板ばねが弾性変形した後の振動を適切に減衰させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のリンク機構１Ａにおいて、複数の弾性部材は、本体部１２ａに一端部が固定された一対のばね（ねじりコイルばね３５，３５）を１組として１組以上のばねで構成され、可変剛性機構３０は、１組以上のばねの他端部がそれぞれ連結されるとともに、複数の移動部材（直動軸受３３）に対して相対的に移動可能にそれぞれ連結された複数の連結部材（アーム３４）と、複数の移動部材（直動軸受３３）が回動自在に連結された駆動部材（ナット３２）と、をさらに有しており、第２アクチュエータ２１は、駆動部材（ナット３２）を駆動し、複数の移動部材の各々と複数の連結部材の各々との位置関係を変更することにより、外力が本体部１２ａに作用した際に発生する反力のモーメントを変更することを特徴とする。

このリンク機構によれば、第２アクチュエータによって、駆動部材が駆動され、複数の移動部材の各々と複数の連結部材の各々との位置関係が変更されることにより、外力が本体部に作用した際に発生する反力のモーメントが変更される。それにより、複数の関節の剛性を同時に変更することができる。

本発明の第１実施形態に係るリンク機構の構成を示す斜視図である。 図１のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。 図１のII－II線に沿う断面図である。 可変剛性機構の構成を模式的に示す平面図である。 図４のIII－III線に沿う断面図である。 外力が作用したときの板ばねの変形状態を示す図である。 板ばねの弾性変形する部分の長さが最大長の状態を示す図である。 板ばねの弾性変形する部分の長さが最小長の状態を示す図である。 板ばねの他の一例を示す図である。 第２実施形態に係る可変剛性機構の第１アクチュエータ周辺の構成を示す平面図である。 外力が作用していないときの可変剛性機構の状態を示す正面図である。 外力が作用したときの可変剛性機構の状態を示す正面図である。 可変剛性機構のナットが図１０の位置から左方に移動した状態を示す平面図である。 可変剛性機構のナットが図１３の位置にある場合において、外力が作用していないときの状態を示す正面図である。 可変剛性機構のナットが図１３の位置にある場合において、外力が作用したときの状態を示す正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るリンク機構について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図１中の矢印Ｙ１－Ｙ２のＹ１側を「左」、Ｙ２側を「右」といい、矢印Ｙ３－Ｙ４のＹ３側を「前」、Ｙ４側を「後ろ」という。

図１に示すように、リンク機構１は、４つのリンク部２と、４つのリンク部２を駆動する駆動機構１０とを備えている。

４つのリンク部２の各々は、一対のリンク２ａ，２ａと、これらのリンク２ａ，２ａの間を結合した関節２ｂとを備えており、これらの関節２ｂは、ワイヤ３を介して、駆動機構１０に連結されている。リンク部２では、関節２ｂが駆動機構１０によって駆動されることにより、関節２ｂの角度が変更される。

図１～３に示すように、駆動機構１０は、筐体１１と、その前面側に設けられた可変剛性機構２０などを備えている。筐体１１（機構本体）は、箱状に形成され、図示しない固定部に固定されている。筐体１１の内部には、４つの第１アクチュエータ１２が、前後方向に沿う姿勢で、左右方向に互いに並ぶように設けられている。

各第１アクチュエータ１２は、リンク部２の関節２ｂを駆動するためのものであり、具体的には、電動機で構成されている。第１アクチュエータ１２は、本体部１２ａ及び駆動プーリ１２ｂ（図３参照）を備えている。本体部１２ａは、円筒状に構成され、その前端部及び後端部が軸受１２ｃ，１２ｃに嵌合している。

これらの軸受１２ｃ，１２ｃは、例えば、転がり軸受で構成され、筐体１１に固定されている。それにより、本体部１２ａは、軸受１２ｃ，１２ｃを介して、本体部１２ａの中心軸周りに回動自在な状態で筐体１１に支持されている。

また、駆動プーリ１２ｂ（駆動部）は、本体部１２ａの後端側に設けられ、アクチュエータ１２の回転軸１２ｄ（図３参照）の先端部に連結されている。それにより、駆動プーリ１２ｂは、アクチュエータ１２によって回転駆動される。

また、駆動プーリ１２ｂは、ワイヤ３を介して、リンク部２の関節２ｂに連結されている。以上の構成により、アクチュエータ１２の作動時、アクチュエータ１２の動力がワイヤ３を介してリンク部２の関節２ｂに伝達され、それにより、関節２ｂの角度が変更される。

さらに、本体部１２ａの前端部には、固定部１２ｅが設けられている。この固定部１２ｅは、本体部１２ａから前方に延びるとともに、その先端部には、可変剛性機構２０の後述する板ばね２４が固定されている。この固定部１２ｅは、本体部１２ａと一体に形成されており、本体部１２ａが中心軸周りに回動する際に、本体部１２ａと一体に回動する。

次に、前述した可変剛性機構２０について説明する。この可変剛性機構２０は、後述するように、リンク部２の関節２ｂの剛性を変更するものである。

可変剛性機構２０は、第２アクチュエータ２１、スライダ２２及び４つの板ばね２４などを備えている。

第２アクチュエータ２１は、スライダ２２を駆動することによって、リンク部２の関節２ｂの剛性を変更するためのものであり、具体的には、電動機で構成されている。第２アクチュエータ２１は、第１アクチュエータ１２に平行な姿勢で、筐体１１の内部に設けられている。

第２アクチュエータ２１は、本体部２１ａ及びロッカ２１ｂを備えている。本体部２１ａは、円筒状に構成され、筐体１１に固定されている。

また、ロッカ２１ｂは、本体部２１ａの前端側に設けられ、第２アクチュエータ２１の回転軸２１ｃ（図３参照）の先端部に連結されているとともに、軸受２１ｄによって回動自在に支持されている。それにより、ロッカ２１ｂは、第２アクチュエータ２１によって回転駆動される。

ロッカ２１ｂは、正面視円形に形成され、外周方向に突出する連結部２１ｅを有している。このロッカ２１ｂの連結部２１ｅは、ロッド２１ｆを介して、スライダ２２に連結されている。

このロッド２１ｆの左端部は、ピンを介して連結部２１ｅに回動自在に連結され、右端部は、ピンを介してスライダ２２に回動自在に連結されている。以上の構成により、後述するように、第２アクチュエータ２１の作動時、ロッカ２１ｂを介して、スライダ２２が左右方向に駆動される。

スライダ２２は、上下一対のスライド部２２ａ，２２ａと、前側連結部２２ｂ及び４つの連結部２２ｃを備えている。上下のスライド部２２ａ，２２ａの各々は、左右方向に延び、スライド自在かつ抜け止め状態で筐体１１に取り付けられている。

前側連結部２２ｂは、上下方向に延び、その上下端部が上下のスライド部２２ａ，２２ａに固定されている。また、前側連結部２２ｂの上下方向の中央部には、前述したロッド２１ｆの右端部が回動自在に連結されている。

４つの連結部２２ｃは、左右方向に等間隔で配置され、上下方向に延びるとともに、その上下端部が上下のスライド部２２ａ，２２ａに固定されている。各連結部２２ｃの上下方向の中央部には、４つのローラ２２ｄ～２２ｄが内蔵されている。なお、本実施形態では、ローラ２２ｄが移動部材及び挟持部材に相当する。

これらの４つのローラ２２ｄ～２２ｄは、前後方向に延びる中心軸周りに回動自在に設けられており、各々の回転中心が正面視したときに長方形の頂点に位置するように配置されている。さらに、２つの上側ローラ２２ｄ，２２ｄと、２つの下側ローラ２２ｄ，２２ｄとの間には、板ばね２４が挟持されている。

板ばね２４（弾性部材）は、水平な状態で左右方向に延び、その右端部が前述した固定部１２ｅに固定されている。

次に、図４～８を参照しながら、以上のように構成された可変剛性機構２０の動作について説明する。図４～８は、可変剛性機構２０の動作を説明するために、可変剛性機構２０の構成を模式的に示したものである。

図４及び図５に示すように、可変剛性機構２０では、４つの板ばね２４において、４つのローラ２２ｄ～２２ｄによって挟持されている部位と、第１アクチュエータ１２の固定部１２ｅとの間の長さＬｘ（図４参照）が互いに同一になるように構成されている。この長さＬｘは、後述するように、外力が作用した際に板ばね２４の弾性変形する部分の長さに相当するので、以下、この長さＬｘを「板ばね変形長さＬｘ」という。

また、図５に示すように、リンク部２からの外力が第１アクチュエータ１２に作用していない場合、板ばね２４は正面から見て左右方向に直線状に延びる状態となる。

この状態で、例えば、外力が４つのリンク部２の各々に作用した場合、これらの外力が各リンク部２の関節２ｂ及びワイヤ３を介して、駆動プーリ１２ｂに伝達され、トルクとして作用することにより、第１アクチュエータ１２の本体部１２ａを中心軸周りに回転させる。

この本体部１２ａの回転に伴い、図６に示すように、第１アクチュエータ１２の固定部１２ｅは、本体部１２ａの中心軸周りに回転しながら、板ばね２４を弾性変形させる。それにより、板ばね２４は、弾性変形しながら外力に対する反力を発生させる。その結果、関節２ｂは、このような反力を発生する剛性を有していることになる。言い換えれば、可変剛性機構２０によって、剛性が関節２ｂに付与されている状態となる。

また、第２アクチュエータ２１が回転し、スライダ２２を左右方向に移動させた場合、板ばね２４において、前述した板ばね変形長さＬｘが変化する。この板ばね変形長さＬｘの変化により、板ばね２４が発生する反力が変化し、結果的に、関節２ｂの剛性が変化することになる。以上の原理により、可変剛性機構２０では、第２アクチュエータ２１がスライダ２２を左右方向に移動させることで、関節２ｂの剛性が変更される。

この可変剛性機構２０の場合、スライダ２２の左右方向の移動により、板ばね変形長さＬｘは、図７に示す最大長と図８に示す最小長との間で変更可能に構成されている。この場合、板ばね変形長さＬｘが最大長のときには、関節２ｂの剛性が最も低い状態となる一方、板ばね変形長さＬｘが最小長のときには、関節２ｂの剛性が最も高い状態となる。

以上のように、第１実施形態のリンク機構１によれば、４つの第１アクチュエータ１２の本体部１２ａが軸受１２ｃ，１２ｃによって、回動自在にそれぞれ支持されている。本体部１２ａを回転させるような外力が本体部１２ａに作用した際、可変剛性機構２０における４つの板ばね２４が外力に抗しながら弾性変形し、反力を発生する。

４つの板ばね２４の各々は、２つの上側ローラ２２ｄ、２２ｄと、２つの下側ローラ２２ｄ、２２ｄとによって上下方向から挟持されており、これら４つのローラ２２ｄ～２２ｄが各板ばね２４を挟持する位置が、第２アクチュエータ２１によって変更される。すなわち、各板ばね２４の板ばね変形長さＬｘが同時に変更される。それにより、各板ばね２４の弾性変形に起因して発生する反力が変更され、それにより、外力に対する４つの関節２ｂの剛性が同時に変更されることになる。

このように、４つの関節２ｂを備えたリンク機構１において、１つの第２アクチュエータ２１により、外力に対する４つの関節２ｂの剛性を同時に変更することができる。したがって、４個の第１アクチュエータと、１個の第２アクチュエータ２１とによって、リンク機構１における４個の関節の剛性を同時に変更できることになる。その結果、４個の関節を備えたリンク機構において４個の関節の剛性を変更する際に、８個のアクチュエータが必要な従来の場合と比べて、アクチュエータの必要数を３個分、低減することができる。それにより、装置の軽量化及びサイズの小型化を図ることができ、製造コストを低減することができる。

なお、関節２ｂの数は、第１実施形態の４個に限らず、ｎ（ｎは複数）個であればよい。その場合、ｎ個の板ばね２４及び４ｎ個のローラ２２ｄを備えたスライダ２２という比較的、簡易な構成によって、ｎ個の関節２ｂの剛性を同時に変更することができる。

また、板ばね２４を、図９に示すように、複数枚（図９では４枚）の板ばね材２４ａを重ね合わせるとともに、グリースを隣接する板ばね材２４ａ，２４ａの間に充填するように構成してもよい。板ばね２４をこのように構成した場合、板ばね２４が弾性変形した後の振動をグリースの粘性抵抗によって適切に減衰させることができる。この場合、板ばね材２４ａの枚数は、図９の４個に限らず、複数であればよい。

また、板ばね２４の振動を減衰する手法は、上記の手法に限らず、振動を機械的に減衰できる手法（例えば、摩擦を利用する手法、又は流体を利用する手法）であればよい。

さらに、可変剛性機構２０の４つの板ばね２４において、板ばね２４の厚さを互いに異なるように構成してもよい。このように構成した場合、４つの関節２ｂの剛性を互いに異なる値に設定することができるとともに、それらの剛性を同時に変更することができる。

また、可変剛性機構２０において、４つの板ばね２４における板ばね変形長さＬｘが互いに異なる値になるように、ローラ２２ｄ～２２ｄと、固定部１２ｅとの位置関係を設定してもよい。このように構成した場合、４つの関節２ｂの剛性を互いに異なる値に設定することができるとともに、それらの剛性を同時に変更することができる。

さらに、第１実施形態は、可変剛性機構２０において、第２アクチュエータ２１がスライダ２２を駆動することにより、板ばね２４とローラの位置関係を変更するように構成した例であるが、これに代えて、第２アクチュエータ２１の作動に伴い、油圧又は空気圧がローラに供給され、それにより、板ばね２４とローラの位置関係が変更されるように構成してもよい。

また、第２アクチュエータ２１によってワイヤを駆動するとともに、このワイヤの動力によって、板ばね２４とローラの位置関係が変更されるように構成してもよい。

第１実施形態は、第２アクチュエータ２１として、回転タイプのアクチュエータを用いた例であるが、これに代えて、直動タイプのアクチュエータを第２アクチュエータとして用い、スライダ２２をこの第２アクチュエータによって左右方向に駆動するように構成してもよい。

例えば、第２アクチュエータ２１の回転軸をボールねじ機構のねじ軸に直結し、ボールねじ機構のナットをスライダ２２に連結することにより、第２アクチュエータ２１によって、スライダ２２を左右方向に駆動するように構成してもよい。

さらに、第１実施形態の可変剛性機構２０は、第２アクチュエータ２１及びスライダ２２をロッド２１ｆによって連結した例であるが、バックドライブを回避する観点から、可変剛性機構２０を以下に述べるように構成してもよい。例えば、バックドライブが発生しない歯車機構によって第２アクチュエータ２１とスライダ２２の間を連結し、両者の間でバックドライブが発生しないように構成してもよい。

また、第１実施形態は、機構本体を１つの筐体１１とした例であるが、これに代えて、複数の筐体１１を組み合わせて機構本体としてもよく、その場合には、４つの第１アクチュエータ及び第２アクチュエータを、複数の筐体１１内に分けて配置すればよい。

さらに、第１実施形態は、２つの上側ローラ２２ｄ，２２ｄと２つの下側ローラ２２ｄ，２２ｄとによって、板ばね２４を挟持するように構成した例であるが、これに代えて、一対の上下ローラ２２ｄ，２２ｄによって板ばね２４を挟持するように構成してもよく、３つ以上の上側ローラ２２ｄと、３つ以上の下側ローラ２２ｄとによって、板ばね２４を挟持するように構成してもよい。

また、第１実施形態は、複数の移動部材として、４つのローラ２２ｄを用いた例であるが、本発明の複数の移動部材は、これらに限らず、直線状の位置の変更により、複数の弾性部材の各々の弾性変形に起因して発生する反力を変更可能なものであればよい。例えば、複数の移動部材として、位置を直線状に変更可能に構成された複数の丸棒、複数の角棒又は複数の板材を用いてもよい。

また、第１実施形態は、一対の挟持部材として、上下のローラ２２ｄ，２２ｄを用いた例であるが、本発明の一対の挟持部材は、これらに限らず、板ばねを両側から挟持するものであればよい。例えば、一対の挟持部材として、一対の丸棒、一対の角棒又は一対の板材を用いてもよい。また、ローラ２２ｄに代えて、直動軸受によって板ばね２４を挟持するように構成してもよい。

さらに、第１実施形態は、第１アクチュエータ１２の駆動部として駆動プーリ１２ｂを用いた例であるが、これに代えて、歯車などを駆動部として用いてもよく、その場合には、歯車の動力が機械的に関節２ｂに伝達されるように構成すればよい。

一方、第１実施形態は、軸受として、転がり軸受タイプの軸受１２ｃを用いた例であるが、本発明の軸受は、これに限らず、第１アクチュエータの本体部を回動自在に支持するものであればよい。

また、第１実施形態は、駆動部材として、スライダ２２を用いた例であるが、本発明の駆動部材は、これに限らず、複数組の挟持部材が設けられ、板ばねの延設方向に移動可能なものであればよい。例えば、複数組の挟持部材が設けられた、板状又は棒状の部材を駆動部材として用いてもよい。

以下、図１０～１５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るリンク機構１Ａについて説明する。本実施形態のリンク機構１Ａは、第１実施形態のリンク機構１と比較した場合、可変剛性機構２０に代えて、可変剛性機構３０を備えている点のみが異なっている。

したがって、以下、可変剛性機構３０を中心に説明するとともに、第１実施形態と同一の構成に対しては同じ符号を付すとともに、その説明を省略する。なお、図１０～１１では、１つの第１アクチュエータ１２の周辺の構成が示されているが、他の第１アクチュエータ１２においても、その周辺は同様に構成されている（図示せず）。

本実施形態の可変剛性機構３０は、ねじ軸３１、ナット３２、直動軸受３３、アーム３４及び一対のねじりコイルばね３５，３５（図１１参照）などを備えている。これらのねじ軸３１及びナット３２は、ボールねじ機構を構成している。この場合、ボールねじ機構に代えて、第１実施形態のスライダ２２と同じ駆動方式の機構を用いてもよい。

ねじ軸３１は、４つの第１アクチュエータ１２間に延びているとともに、その一端部が第２アクチュエータ２１に連結されている。それにより、ねじ軸３１は、第２アクチュエータ２１の作動中、第２アクチュエータ２１によって中心軸周りに回転駆動される。

また、ナット３２（駆動部材）は、ねじ軸３１に対して回動自在に螺合しているとともに、後述するように直動軸受３３に連結されている。以上の構成により、ねじ軸３１が第２アクチュエータ２１によって正逆回転方向に駆動されることにより、ナット３２はねじ軸３１上を左右方向に移動する。

また、直動軸受３３（移動部材）は、回転軸３６を介してナット３２に連結されている。それにより、直動軸受３３は、ナット３２に対して前後方向に延びる回転軸３６の中心軸ＡＸ１の周りに回動可能に構成されている。

一方、アーム３４（連結部材）は、直動軸受３３に摺動自在（又は転動自在）に嵌合しているとともに、その右端部が回転軸３７を介して、第１アクチュエータ１２の固定部１２ｅに連結されている。それにより、アーム３４は、第１アクチュエータ１２の固定部１２ｅに対して、前後方向に延びる回転軸３７の中心軸ＡＸ２の周りに回動可能に構成されている。

さらに、２つのねじりコイルばね３５，３５（弾性部材）は、アーム３４の回転軸３７よりの部位と、第１アクチュエータ１２の本体部１２ａとの間に連結されている。これらのねじりコイルばね３５，３５の付勢力により、リンク部２からの外力が第１アクチュエータ１２に作用していない場合、図１１に示すように、アーム３４は、ねじ軸３１と平行な状態に保持される。

一方、上記の状態でリンク部２からの外力が第１アクチュエータ１２に作用した場合、外力がモーメントとして第１アクチュエータ１２に作用することにより、図１２に示すように、第１アクチュエータ１２の本体部１２ａがその中心軸ＡＸ３の周りに回転する。

この本体部１２ａの回転に伴い、アーム３４は、その右端部が固定部１２ｅに連結されていることで、固定部１２ｅに対して、中心軸ＡＸ２の周りに回動すると同時に、ねじ軸３１に対して、中心軸ＡＸ１の周りに回動する。その際、アーム３４は、直動軸受３３内を摺動（又は転動）しながら、直動軸受３３を中心軸ＡＸ１の周りに回動させる。

それと同時に、アーム３４は、図１２の右側のねじりコイルばね３５を圧縮させ、図１２の左側のねじりコイルばね３５を伸張させながら回動する。これらのねじりコイルばね３５，３５の弾性変形に伴い、外力のモーメントに対する反力のモーメントが発生する。すなわち、関節２ｂは、このような反力を発生する剛性を有していることになる。言い換えれば、可変剛性機構３０によって、所定の剛性が関節２ｂに付与されている状態となる。

次に、可変剛性機構３０による剛性の変更動作について説明する。まず、第２アクチュエータ２１がねじ軸３１を回転駆動することにより、ナット３２が図１０，１１に示す位置から図１３，１４に示す位置まで左方に移動した場合、これと同時に、直動軸受３３は、アーム３４上を摺動（又は転動）し、図１３，１４に示す位置まで左方に移動する。

可変剛性機構３０が図１３，１４に示す状態にある場合において、リンク部２からの外力が第１アクチュエータ１２に作用した際、外力がモーメントとして第１アクチュエータ１２に作用することにより、図１５に示すように、第１アクチュエータ１２の本体部１２ａがその中心軸ＡＸ３の周りに回転する。

この本体部１２ａの回転に伴い、アーム３４は、固定部１２ｅに対して、中心軸ＡＸ２の周りに回動すると同時に、ねじ軸３１に対して、中心軸ＡＸ１の周りに回動する。さらに、アーム３４は、直動軸受３３内を摺動（又は転動）しながら、直動軸受３３を中心軸ＡＸ１の周りに回動させる。

それと同時に、アーム３４は、図１５の右側のねじりコイルばね３５を圧縮させ、図１５の左側のねじりコイルばね３５を伸張させながら回動する。これらのねじりコイルばね３５，３５の弾性変形に伴い、外力のモーメントに対する反力のモーメントが発生する。

その結果、ナット３２が図１０に示す位置から図１３に示す位置まで移動することにより、可変剛性機構３０によって関節２ｂに付与されている剛性がより低い状態になる。言い換えれば、ナット３２が図１３に示す位置から図１０に示す位置まで移動することにより、可変剛性機構３０によって関節２ｂに付与されている剛性がより高い状態になる。

以上の原理により、本実施形態の可変剛性機構３０によれば、第２アクチュエータ２１によってナット３２を左右方向に駆動することにより、４つの関節２ｂ～２ｂに付与される剛性を同時に変更することができる。

なお、第２実施形態の可変剛性機構３０は、弾性部材として、１組のねじりコイルばね３５，３５を用いた例であるが、これらに換えて、２組以上のねじりコイルばねを用いてもよい。

さらに、第２実施形態は、ばねとして、ねじりコイルばね３５を用いた例であるが、本発明のばねは、これに限らず、付勢力を発生するものであればよい。例えば、ばねとして、渦巻きばね又は板ばねを用いてもよい。

また、第１及び第２実施形態のリンク機構１，１Ａは、ロボット、電動義足、電動義手及び組立機器等の様々な産業機器に適用可能である。

１ リンク機構
２ａ リンク
２ｂ 関節
１１ 筐体（機構本体）
１２ 第１アクチュエータ
１２ａ 本体部
１２ｂ 駆動プーリ（駆動部）
１２ｃ 軸受
２０ 可変剛性機構
２１ 第２アクチュエータ
２２ スライダ（駆動部材）
２２ｄ ローラ（移動部材、挟持部材）
２４ 板ばね（弾性部材）
２４ａ 板ばね材
１Ａ リンク機構
３０ 可変剛性機構
３２ ナット（駆動部材）
３３ 直動軸受（移動部材）
３４ アーム（連結部材）
３５ ねじりコイルばね（弾性部材、ばね）

Claims (4)

1. 機構本体と、
   当該機構本体に設けられ、各々が本体部及び駆動部を有する複数の第１アクチュエータと、
   当該複数の第１アクチュエータの前記駆動部によってそれぞれ駆動され、複数のリンクを結合する複数の関節と、
   前記機構本体に設けられ、前記複数の第１アクチュエータの前記本体部の各々を回動自在に支持する軸受と、
   前記複数の第１アクチュエータの前記本体部に連結され、当該本体部を所定方向に回転させるような外力が当該本体部に作用したときに当該外力に対する反力を発生するとともに、前記複数の関節の剛性を変更するように構成された可変剛性機構と、を備え、
   当該可変剛性機構は、
   外力が前記複数の第１アクチュエータの前記本体部に作用したときに当該外力に抗しながら弾性変形する複数の弾性部材と、
   位置を直線状に変更可能に構成され、当該位置変更により、前記複数の弾性部材の各々の弾性変形に起因して発生する前記反力を変更可能な複数の移動部材と、
   前記複数の第１アクチュエータとは別個に設けられ、前記複数の移動部材を同時に駆動することにより、複数の移動部材の位置を変更する１つの第２アクチュエータと、
   を有することを特徴とするリンク機構。
2. 請求項１に記載のリンク機構において、
   前記複数の弾性部材の各々は、前記本体部に連結された板ばねで構成され、
   前記複数の移動部材の各々は、前記板ばねの前記本体部との連結部分以外の部位を両側から挟持する一対の挟持部材であり、
   前記可変剛性機構は、当該一対の挟持部材を１組として１組以上の挟持部材が設けられ、前記板ばねの延設方向に移動可能な駆動部材をさらに有しており、
   前記第２アクチュエータは、前記駆動部材を前記板ばねの延設方向に駆動することにより、前記１組以上の挟持部材が前記板ばねを挟持する位置を変更することを特徴とするリンク機構。
3. 請求項２に記載のリンク機構において、
   前記板ばねは、複数の板ばね材を重ね合わせて構成されており、
   当該複数の板ばね材における隣り合う２つの板ばね材の間には、グリースが充填されていることを特徴とするリンク機構。
4. 請求項１に記載のリンク機構において、
   前記複数の弾性部材は、前記本体部に一端部が固定された一対のばねを１組として１組以上のばねで構成され、
   前記可変剛性機構は、
   前記１組以上のばねの他端部がそれぞれ連結されるとともに、前記複数の移動部材に対して相対的に移動可能にそれぞれ連結された複数の連結部材と、
   前記複数の移動部材が回動自在に連結された駆動部材と、をさらに有しており、
   前記第２アクチュエータは、前記駆動部材を駆動し、前記複数の移動部材の各々と前記複数の連結部材の各々との位置関係を変更することにより、前記外力が前記本体部に作用した際に発生する反力のモーメントを変更することを特徴とするリンク機構。

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