JPWO2011152265A1 - 直動伸縮アーム機構および当該直動伸縮アーム機構を備えたロボットアーム - Google Patents

Abstract

本発明のロボットアーム（５０）は、上部構造体群（２０）と下部構造体群（２１）とによって構成されるアーム部（２）を直動伸縮関節（Ｊ３）として備えている。上部構造体群（２０）と下部構造体群（２１）とはそれぞれが一連に連結しており、上部構造体群（２０）と下部構造体群（２１）とが部分的に咬合することによって、直線状に硬直した上部構造体−下部構造体の合体構造を形成したり、直線状に硬直した上部構造体−下部構造体の合体構造の圧接を外して当該硬直を解除したりすることでアーム長を自在に可変させることができる。さらに、アーム部（２）は、特に指やごみが進入する可能性の高い面を全く隙間の無い平面にすることができる。しかも、上部構造体（２２）と下部構造体（２３）は分離されれば回転軸（３０、３１）により屈曲でき、収納時にはロボットアーム支持体（１）内部にコンパクトに格納できる。これにより、挟み込みやごみの進入を防止でき、且つ、コンパクトな直動伸縮アーム機構を提供することができる。

Description

本発明は、ロボットアームの機構に関し、高い安全性、小スペース、ごみなどの進入防止、を実現した直動伸縮アーム機構と、それを備えたロボットアームに関する。

近年の少子高齢化社会に伴う労働者人口の減少により、生産現場で人と協調して製品製造ができたり、日常生活における高齢者や障害者の生活を支えたりすることのできるロボットアームが求められている。

回転関節から構成されるロボットアームは、図１９の（ａ）および（ｂ）に示すように、基部１００からエンドエフェクタ１０１までの間に複数の回転関節１０３とアーム部１０２が交互に直列で接続される。この形態は、エンドエフェクタ１０１の位置と姿勢が決まると、回転関節１０３の回転角度が一意に決定される場合が多く、エンドエフェクタ１０１と回転関節１０３の位置を任意に決定することができない問題点があった。そのため、例えば、エンドエフェクタ１０１を図１９の（ａ）のような位置から図１９の（ｂ）の位置に移動させた場合、回転関節１０３の回転により、アーム部１０２とアーム部１０２が近づくため、アーム部１０２とアーム部１０２が回りのものを挟み込こむ危険性が高くなる。また、回転関節１０３が、基部１００とエンドエフェクタ１０１を結ぶ直線（破線で示している）から紙面上方に移動するため、周りのものに接触または衝突する危険性が高くなる。このような形態のものは、日常生活などにおいて人の近傍で動作するロボットアームとしては適さないと言える。

これらの危険性を低減するために、回転関節の代わりに直動関節を採用した直動伸縮アーム機構によるロボットアームが提案されている。直動伸縮アーム機構とは、クレーン車やはしご車など、直線的な伸縮運動を利用したものである。クレーン車やはしご車で採用されている直動伸縮アーム機構は、高い剛性を確保するために、手先部から基部となる根元に向かってアーム部の機構が大きくなる。したがって、クレーン車やはしご車で採用されている直動伸縮アーム機構では、基部及びアーム部の大型化と重量化が避けられない。

また、特許文献１，２，３のような直動伸縮アーム機構を有するロボットアームも提案されているが、日常生活などにおいて人の近傍で動作するには危険性が残る。さらに、産業機械で使用されている一般的な直動機構は、常に直線状の機構が保持されるため、格納時に、格納された直動機構が本体を貫通して飛び出すため、日常生活などにおいて人の近傍で動作するには危険性が残る。

特許文献４のような直動伸縮アーム機構を採用したアームでは、周りのものに接触または衝突する危険性は低くなる。しかし、このアームでは、重力方向にのみ剛性が確保されるため、任意の位置と姿勢を実現することが要求され、かつエンドエフェクタで物を把持したり、ボタンを押したり、重力方向だけでなく位置と姿勢の６軸に力を発揮したり、様々な動作を要求される日常生活などで使用するロボットアームには不適である。さらに、過重負荷が軸に集中するため高い剛性確保が困難であり、上面に各リンク間の隙間が多数形成されるために、直動伸縮アーム機構内部への指の挟み込みやごみの進入が発生しやすく、日常生活など幅広い環境において人の傍で使用するロボットアームには不適である。

日本国公開特許公報「特開平７−１６４３６９号公報（１９９５年６月２７日公開）」 日本国公開特許公報「特開昭６１−４５１６８号公報（１９８６年３月５日公開）」 日本国公開特許公報「特開昭６３−８４８８２号公報（１９８８年４月１５日公開）」 日本国公開特許公報「特開平６−３９７５８号公報（１９９４年２月１５日公開）」

人の近傍で動作することで、生産現場で人と協調して製品製造ができたり、日常生活における高齢者や障害者の生活を支えたりするロボットアームには、回転関節の代わりに直動伸縮アーム機構を採用することが、安全性を向上させることに繋がる。しかし、直動伸縮アーム機構のすべての位置と姿勢へ高い剛性の確保、直動伸縮アーム機構内部への挟み込みやごみの侵入の防止、直動伸縮アーム機構収納のコンパクト化が課題となる。

本発明は、このような課題を解決するために提案されたもので、日常生活などにおいて人の傍で安全に使用できるロボットアームの直動伸縮アーム機構を提供することを目的とする。

本願発明者は、自在な伸縮性、収納性を維持しながら、２つの構造体群が重ね合わされたとき互いに硬直して、２つの構造体群が協同することにより、剛性面でも強度面でも優れた１本のアーム部を構成でき、特に指やごみが進入する可能性の高い面を全く隙間の無い平面にすることができる。しかも、両構造体は分離されれば回転軸を中心に自由に回転でき、収納時のコンパクト化を図ることができる直動伸縮アーム機構を見出し、本願発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上述した問題を解決するために、
ロボットアーム支持体の端部から、先端にハンド部が接続されるアーム部を直動伸縮させる直動伸縮アーム機構であって、
上記アーム部は、複数の構造体が連結軸を介して該連結軸に対し直交する方向に連結されている、該連結軸に平行な方向に沿った該構造体の幅が各構造体において互いに同一である２つの構造体群であって、各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士が互いに連結された該２つの構造体群からなり、
上記ロボットアーム支持体は、上記各構造体群を互いに近接させる方向に圧接しつつ、一方の構造体群と他方の構造体群との接触面で滑りが生じないよう互いに重ね合わせながら各構造体群を伸長する方向に駆動する駆動手段を有しており、
上記２つの構造体群が上記駆動手段の駆動により互いに重ね合わされたとき、上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部を構成するとともに、
少なくとも一方の構造体群において、隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成するようにするとともに、
上記駆動手段を逆駆動させたとき、互いに重ね合わされて硬直している上記２つの構造体群を互いに分離させ、上記両構造体群において各構造体の上記回転軸を介した回転を可能にする分離手段を上記ロボットアーム支持体の内部に配設していることを特徴としている。

本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

以上のように、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、
ロボットアーム支持体の端部から、先端にハンド部が接続されるアーム部を直動伸縮させる直動伸縮アーム機構であって、
上記アーム部は、複数の構造体が連結軸を介して該連結軸に対し直交する方向に連結されている、該連結軸に平行な方向に沿った該構造体の幅が各構造体において互いに同一である２つの構造体群であって、該構造体群を構成するそれぞれの構造体のうちの上記ハンド部側の端の構造体同士が互いに連結された該２つの構造体群からなり、
上記ロボットアーム支持体の端部に、上記２つの構造体群の一方の面を互いに圧接して、両者の接触面で滑りが生じないよう互いに重ね合わせながら各構造体群を伸長する方向に駆動する駆動手段を有し、
上記２つの構造体群が上記駆動手段の駆動により互いに重ね合わされたとき、上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部を構成するとともに、
少なくとも一方の構造体群において、隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成するようにするとともに、
上記駆動手段を逆駆動させたとき、互いに重ね合わされて硬直している上記２つの構造体群を互いに分離させ、上記両構造体群において各構造体の上記回転軸を介した回転を可能にする分離手段を上記ロボットアーム支持体の内部に配設していることを特徴としている。

上記の構成によれば、従来問題となっている直動伸縮アーム機構のすべての位置と姿勢へ高い剛性の確保、直動伸縮アーム機構内部への挟み込みやごみの侵入の防止、直動伸縮アーム機構収納のコンパクト化が解決でき、日常生活などにおいて人の傍で安全に使用できるロボットアームの直動伸縮アーム機構を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロボットアームの外観を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮機構の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の一部の構成の外観を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の一部の構成の外観を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の一部の構成の外観を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の一部の構成の外観を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示し、図中の（ａ）は上面図であり、図中の（ｂ）は正面図である。 本発明の一実施形態に係る直動伸縮アーム機構の変形例を示す断面図である。 従来構成を示す図である。

本発明に係る直動伸縮アーム機構は、ロボットアーム支持体の端部から直動伸縮させるアーム部についてすべての位置と姿勢へ高い剛性を確保することができるとともに、挟み込みやごみの侵入を防ぐことができ、更に、直動伸縮アーム機構収納のコンパクト化が可能である。そのため、日常生活で障害者や高齢者など人の傍で安全に使用できる生活支援ロボットアームに搭載できるだけでなく、人と協調する次世代セル生産用ロボットアームに搭載される直動伸縮アーム機構などとして用いることができる。

以下、図１〜図１０に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。なお、直動伸縮アーム機構全体を一つの動作関節とし、それを直動伸縮アーム関節Ｊ３と呼ぶ場合がある。

図１は、本発明に係る直動伸縮アーム機構の一実施形態であるロボットアームの外観を示した斜視図である。

ロボットアーム５０は、図１に示すように、ロボットアーム支持体１（基台）と、アーム部２と、ハンド部３（エンドエフェクタ）とを備えている。

〔ロボットアーム支持体〕
ロボットアーム支持体１は、図１に示すように、ロボットアーム５０の設置面Ｇから鉛直方向に伸びた構造を有しており、ロボットアーム５０全体を支持している。

ロボットアーム支持体１は、図１に示すように、第１支持部１０ａと、第２支持部１０ｂと、第３支持部１０ｃと、第１回転関節Ｊ１（回転関節手段）と、第２回転関節Ｊ２とを有している。

上記第１支持部１０ａおよび第２支持部１０ｂは、図１に示すようにそれぞれ中空形状を有しており、互いの中心軸（支持軸）を合わせるように上下に配置されている。第３支持部１０ｃも中空構造であり、上記第１支持部１０ａおよび第２支持部１０ｂに連通している。後述するアーム部２の構成要素の一部は、第１支持部１０ａと第２支持部１０ｂと第３支持部１０ｃとの内部に収納することができるように構成されている。

上記第１回転関節Ｊ１は、第１支持部１０ａと第２支持部１０ｂとの間に配設されており、ロボットアーム支持体１の中心軸（第１支持部１０ａおよび第２支持部１０ｂの中心軸）を中心とする回転軸を有した回転関節として構成されている。第１回転関節Ｊ１が回転すると、第２支持部１０ｂと第３支持部１０ｃとアーム部２とハンド部３とが上記回転軸を中心に回動する。

上記第２回転関節Ｊ２は、図１に示すように、第２支持部１０ｂのアーム部２側の端部に位置しており、ロボットアーム支持体１の軸に対して直交する回転軸を有する回転関節として構成されている。第２回転関節Ｊ２が回転すると、第３支持体１０ｃおよびアーム部２およびハンド部３が、ロボットアーム支持体１に対して第２回転関節Ｊ２の回転軸を中心に回動する。また、この第２回転関節Ｊ２は、ロボットアーム支持体１とアーム部２との間にロボットアーム５０の周りにあるものを強固に挟んでしまわない程度の角度と、ロボットアーム支持体１の中心軸からの距離をもたせるように構成されている。

なお、本実施形態では、ロボットアーム支持体１が図１に示す設置面Ｇから鉛直方向に伸びているが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の角度を有するものであればよい。

〔ハンド部〕
ハンド部３は、アーム部２の先に配設されている。ハンド部３は、図１に示すように、第４回転関節Ｊ４と、第５回転関節Ｊ５と、第６回転関節Ｊ６と、第７回転関節Ｊ７と、第１指７０と、第２指７１とを有している。なお、２指ハンド７２は、第１指７０と第２指７１から構成される。

第４回転関節Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム部２の中心軸（以下、アーム軸と称することがある）を中心とする回転軸を有した回転関節である。第４回転関節Ｊ４が回転すると、第４回転関節Ｊ４から先端にかけてのハンド部３が上記回転軸を中心に回動する。

第５回転関節Ｊ５は、アーム軸に対して直交する回転軸を有する回転関節である。第５回転関節Ｊ５が回転すると、第５回転関節Ｊ５から先端にかけての２指ハンド７２が上記回転軸を中心に回動する。

第６回転関節Ｊ６は、アーム軸と第５回転関節Ｊ５の両者に対して直交する回転軸を有する回転関節である。第６回転関節Ｊ６が回転すると、２指ハンド７２が上記回転軸を中心に回動する。この時、第１指７０と第２指７１は指間距離を変化させることはなく、同期して第６回転関節Ｊ６回転軸を中心に回動する。

第７回転関節Ｊ７は、２指ハンド７２の第１指７０と第２指７１を回動する。つまり、第７回転関節Ｊ７により、第１指７０と第２指７１の先端部が互いに近づく様に回動することで２指ハンド７２が閉じ、２指ハンド７２が何らかのものを把持する動作となる。一方、第１指７０と第２指７１の先端部が互いにを遠ざかる様に回動することで２指ハンド７２が開き、２指ハンド７２が把持したものを離す動作となる。

なお、本実施形態では、ハンド部３として２指ハンド７２を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３以上の指部を有するハンドを用いてよい。更には、指部を有する構成にも限定されず、アーム部を用いて所望の位置・姿勢に配置したいあらゆる種類の構造物をハンド部３の代わりにアーム部の先端に接続することができる。例えば、撮像機能を有する機器をハンド部３の代わりに接続することも可能である。

なおまた、ハンド部３が接続されていないものも、本発明に係る直動伸縮アーム機構の範疇である。

〔アーム部〕
アーム部２は、図１に示す直動伸縮アーム関節Ｊ３を有しており、アーム部２の先端にハンド部３が配設されている。ハンド部３には２指ハンド７２が配設されている。ロボットアーム支持体１とアーム部２とハンド部３により、２指ハンド７２を所望の位置・姿勢に移動させることができる。図１に示す状態において直動伸縮アーム関節Ｊ３を伸長させることによって２指ハンド７２をロボットアーム支持体１から遠く離れた位置に移動したり、伸長した直動伸縮アーム関節Ｊ３を収縮させることによってロボットアーム支持体１から遠く離れた位置にある２指ハンド７２をロボットアーム支持体１に近づけたりすることができる。

図２は、図１中に示した切断線Ａ−Ａ´においてロボットアーム５０を切断した状態を部分的に示した矢視断面図である。

アーム部２の主な構成要素は、図２に示す直動伸縮アーム関節Ｊ３を構成する上部構造体群２０および下部構造体群２１と、当該直動伸縮アーム関節Ｊ３を駆動する駆動手段４０（駆動機構）とである。

直動伸縮アーム関節Ｊ３は、図１に示すように、ロボットアーム５０の設置面Ｇから鉛直方向に伸びたロボットアーム支持体１内部に格納された状態から、第３支持体１０ｃを経由して伸縮するアーム部２を構成することができ、このとき、上部構造体群２０の重力方向下方に下部構造体群２１が位置するように構成されている。上部構造体群２０と下部構造体群２１の重なりあわせにより両構造体群は硬直されアーム部２を形成する。アーム部２は、上記第２回転関節Ｊ２によって、第２回転関節Ｊ２を中心に回動する。

（共通ブロック体）
上部構造体群２０と下部構造体群２１との先端部分には、図２、図３、図５および図７に示すように、共通ブロック体６０が設けられており、共通ブロック体６０に隣接する上部構造体２２はこの共通ブロック体６０に連結されており、共通ブロック体６０に隣接する下部構造体２３もこの共通ブロック体６０に連結されている。共通ブロック体６０は、ちょうど１つの上部構造体２２と１つの下部構造体２３とが一体的になった形状を有している。

なお、本実施形態では共通ブロック体６０が一体的になった形状となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上部構造体群２０と下部構造体群２１との先端部分が直動伸縮アーム関節Ｊ３の伸縮時に不都合に離れてしまうことがなければよい。よって、上記の構成に限らず、例えば、１つの上部構造体２２と１つの下部構造体２３とが接着剤や溶接のような手段によって固着されてなるものを共通ブロック体６０として用いてもよい。更には、１つの上部構造体２２と１つの下部構造体２３とが、固定機構により一体化するものを共通ブロック６０として用いてもよい。更には、１つの上部構造体２２と１つの下部構造体２３とが固着するのではなく、ただ圧接させた状態でそれにカバーケースを被せたものであってもよい。

なお、本実施形態では共通ブロック体６０は、上部構造体２２と下部構造体２３が一体になった形状となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第３支持体１０ｃを経由してロボットアーム支持体１内部に共通ブロック体６０が格納する必要がなければ、上部構造体群２０と下部構造体群２１の先端部分が一体的になった形状で任意の形状の共通ブロック体６０に接続されたものであればよい。

・ 下部構造体群
上記下部構造体群２１は、図２に示すように複数個の下部構造体２３からなり、全ての下部構造体２３は一端の下部構造体２３から他端の下部構造体２３まで一連に繋がっている。

また、下部構造体２３同士は、後述する回転軸（連結軸）を介して回転軸に直交する方向に連結されている。また、該連結軸に平行な方向に沿った下部構造体２３の大きさ（下部構造体２３の幅）は下部構造体２３同士互いに等しい。

下部構造体群２１の連結部分および下部構造体２３の構造の詳細について、図３および図４を用いて説明する。図３は、下部構造体群２１の一部分の外観を示した斜視図である。また、図４は、１つの下部構造体２３の外観を示した斜視図である。

まず下部構造体群２１の連結部分について、隣り合う下部構造体２３同士は、図３に示すピン３０を用いたベアリングなどによる回転軸によって連結されている。具体的には、１つの下部構造体２３は、隣り合う下部構造体２３との隣接部分に、連結方向に対して垂直な方向に伸びる貫通穴２５ａおよび２５ｂが設けられた構造を有している。或る下部構造体２３とこれと隣り合う下部構造体２３とは、この貫通穴２５ａおよび２５ｂを有する構造を互いに合わせることによって、貫通穴２５ａおよび２５ｂ同士を繋げて１つの貫通孔を実現しており、この貫通孔に１本のピン３０を挿入することによって、下部構造体２３同士の連結を実現している。本実施形態では、図４に示すように、隣り合う下部構造体２３同士が隣接している隣接部分は、一方の下部構造体２３の端部が貫通穴２５ｂを有する凸構造となっていて、他方の下部構造体２３の端部が貫通穴２５ａを有する凹構造となっていて、この凸構造と凹構造とを咬合させて１つの貫通孔を実現している。しかしながら、本発明はこの連結方法に限定されるものではない。

次に各下部構造体２３の構造について説明する。図３および図４に示すように、下部構造体２３は、後述するように下部構造体２３同士が連結して伸びる方向を長手方向としたとき、当該長手方向に対して垂直な面で、下部構造体２３を切断した切断面が凹型をした構造体である。凹型の開放部分を、本明細書では開口部と呼ぶ。また、この開口部が設けられている面を、下部構造体２３の上面と呼ぶことがある。この面は、下部構造体２３同士を水平に連結したときに重力方向上方にある面をさす。

下部構造体２３同士が連結して直線状に配列した状態で、開口部も互いに連結しており、凹型の構造が繋がった１つの溝構造を形成することになる。この溝構造の内側の空間は、この空間に沿って電気配線を通すための有用なスペースとして用いることが可能である。

なお、この溝構造の内側の空間が不要である場合には、溝構造ではなく、一般的なブロック体を使用してもよい。

また、図９に示すように、各下部構造体２３における下部構造体２３同士の対向面には、互いに咬合する側面凹凸構造２３ａ（位置決め部）が設けられていてもよい。隣り合う下部構造体２３のうちの一方の下部構造体２３の側面凹凸構造２３ａが、他方の下部構造体２３の側面凹凸構造２３ａと咬合することにより、図９に示すように下部構造体２３同士が連結されている箇所において下部構造体２３が、連結方向に対して連結方向を回転軸にした回転による姿勢がずれることを大幅に防止でき、上部構造体−下部構造体の合体構造の剛性を更に高めることができる。

また、各下部構造体２３における下部構造体２３同士の対向面には、側面２３ｂが設けられている。この側面２３ｂにより、隣り合う下部構造体２３の一方の下部構造体２３と他方の下部構造体２３とがそれぞれの凹型の開口部を同じ方向にして直列に配列した状態から、当該開口部同士を‘内側’に向けてＶ字型をなす状態に回動することはない。

これに対して、隣り合う下部構造体２３の一方の下部構造体２３と他方の下部構造体２３とがそれぞれの凹型の開口部を同じ方向にして直列に配列した状態から、当該開口部同士を’外側’に向けてＶ字型をなす状態までの間で、一方の下部構造体２３を他方の下部構造体２３に対して回動可能なようにしている。

更には、下部部構造体群２１が、それぞれ隣り合う下部構造体２３が側面において互いに係止され、下部構造体群２１の他方の上部構造体群２０との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成してもよい。このため、下部構造体群２１への挟み込み、ごみの進入を防止することができる。

また、各下部構造体２３に形成された上記開口部の周囲には、後述する上部構造体群２２と接触する縁部が設けられている。この縁部には、図９に示すように上面凹凸構造２３ｃ（咬合部）が設けられている。この上面凹凸構造２３ｃは、後述する上面構造体２２の下面に設けられた図１０に示すように下面凹凸構造２２ａと咬合するように構成されている。

なお、下部構造体群２１が水平方向に直列に並んでいる部分の下面に押圧ローラー４１として歯付きローラーが設けられている場合、もしくは押圧ローラー４１に代えて歯車３４と同じ構成が設けられている場合には、各下部構造体２３の下面にこの歯と噛み合う下面凹凸構造２３ｄが設けられていている。

・ 上部構造体群
上記上部構造体群２０は、図２に示すように複数個の上部構造体２２からなり、全ての上部構造体２２は一端の上部構造体２２から他端の上部構造体２２まで一連に連結している。

また、上部構造体２２同士は、後述する回転軸（連結軸）を介して回転軸に直交する方向に連結されている。また、該連結軸に平行な方向に沿った上部構造体２２の大きさ（上部構造体２２の幅）は上部構造体２２同士互いに等しい。

上部構造体２２の連結部分の詳細および上部構造体２２の構造の詳細について、図５および図６を用いて説明する。図５は、上部構造体２２の一部分の外観を示した斜視図である。また、図６は、１つの上部構造体２２の外観を示した斜視図である。

まず上部構造体群２０の連結部分について、隣り合う上部構造体２２同士は、図５に示すピン３１を用いたベアリングなどによる回転軸によって連結されている。具体的には、１つの上部構造体２２は、隣り合う上部構造体２２との隣接部分に、連結方向に対して垂直な方向に伸びる貫通穴２４ａおよび２４ｂが設けられた構造を有している。或る上部構造体２２とこれと隣り合う上部構造体２２とは、この貫通穴２４ａおよび２４ｂを有する構造を互いに合わせることによって、貫通穴２４ａおよび２４ｂ同士を繋げて１つの貫通孔を実現しており、この貫通孔に１本のピン３１を挿入することによって、上部構造体２２同士の連結を実現している。本実施形態では、図６に示すように、隣り合う上部構造体２２同士が隣接している隣接部分は、一方の上部構造体２２の端部が貫通穴２４ａを有する凸構造となっていて、他方の上部構造体２２の端部が貫通穴２４ｂを有する凹構造となっていて、この凹構造と凸構造とを咬合させて１つの貫通孔を実現している。しかしながら、本発明はこの連結方法に限定されるものではない。

連結して隣り合う上部構造体２２と上部構造体２２とは、ピン３１（図５）を軸として一方の上部構造体２２に対して他方の上部構造体２２が回動可能になっている。

上部構造体２２同士の対向面には、図６に示すように側面２２ｂが設けられている。この側面２２ｂにより、隣り合う上部構造体２２の一方の上部構造体２２と他方の上部構造体２２とがそれぞれ直列に配列した状態から、重力方向に逆らう方向に向けてＶ字型をなす状態までの間で、一方の上部構造体２２を他方の上部構造体２２に対して回動可能なようにしている。

これに対して、隣り合う上部構造体２２は、直列に配列した状態から、重量方向に従う方向に向けてＶ字型をなす状態に回動することはない。

したがって、上部構造体群２０が、それぞれ隣り合う上部構造体２２が側面において互いに係止され、上部構造体群２０の他方の下部構造体群２１との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成する。このため、上部構造体群２０への挟み込み、ごみの進入を防止、剛性の向上が可能となる。

更には、ごみの進入防止、剛性の低下を許容すれば、この回動可能範囲は、上述した上部構造体群２２のように限定されなくてもよい。

次に各上部構造体２２の構造について説明する。図５および図６に示すように、上部構造体２２は概ね平板の構造体であり、上述した貫通穴２４ａおよび２４ｂが設けられた端部とを有した構造体となっている。後述するように上部構造体２２同士が連結して伸びる方向を長手方向としたとき、１つの上部構造体２２には、当該長手方向に沿って、貫通穴２４ａが設けられた端部、貫通穴２４ｂが設けられた端部とが位置する。

また、図１０に示すように、上部構造体２２の下面には、上述した下部構造体２３の上面に設けられた上面凹凸構造２３ｃと咬合する下面凹凸構造２２ａが設けられていてもよい。この場合、下部構造体２３と上部構造体２２の連結方向に対しての横ずれを大幅に防止でき、上部構造体−下部構造体の合体構造の剛性を更に高めることができる。

なお、上部構造体群２０が水平方向に直列に並んでいる部分の上面に後述する押圧ローラー４２として歯付きローラーが設けられている場合、もしくは押圧ローラー４２に代えて図示しない歯車３４と同じ構成が設けられている場合には、各上部構造体２２の上面にこの歯と噛み合う上面凹凸構造が設けられていてもよい。

・ 駆動手段
駆動手段４０は、隣り合う上部構造体２２同士が図６に示す側面２２ｂ同士を接触させて連結して水平方向に配列している上部構造体群２０の下部に、隣り合う下部構造体２３同士が図４、図７に示す側面２３ｂ同士を接触させて連結して水平方向に配列している状態の下部構造体群２１を配置して、真っ直ぐ伸びて硬直した上部構造体−下部構造体の合体構造を形成したり、真っ直ぐ伸びて硬直した上部構造体−下部構造体の合体構造の隣り合う上部構造体２２から下部構造体２３を外していくことで当該硬直を解除したりする機能を含有する。

この機能によって、硬直して直列となっている上部構造体−下部構造体の合体構造は図７に示す開口部１０ｃ´から突出してアーム部２として実現され、且つ、その長さ（直動伸縮アーム関節Ｊ３の伸縮）を自在に可変させることができる。以下、開口部１０ｃ´から突出した上部構造体−下部構造体の合体構造の突出長を「アーム長」と称する場合がある。

駆動手段４０は、図２に示すように、下部構造体群２１を動作させる下部構造体群用駆動手段４０ａと、分離手段４０ｃとを有している。

なお駆動手段４０は、下部構造体群用駆動手段４０ａおよび分離手段４０ｃの構成に代えて、図７に示す上部構造体群２０を動作させる上部構造体群用駆動手段４０ｂと、分離手段４０ｃとを有しているものであってもよい。

また、駆動手段４０は、上部構造体２０と下部構造体群２１の動作を、駆動手段によって完全同期させるために、下部構造体群用駆動手段４０ａと上部構造体群用駆動手段４０ｂと分離手段４０ｃを有しているものであってもよい。

下部構造体群用駆動手段４０ａは、下部構造体群２１を一軸方向に移動させるために、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´近傍に配置されていている。下部構造体群用駆動手段４０ａについて図７を用いて詳述すると、下部構造体群用駆動手段４０ａは、図７に示すように、下部構造体２３の下面凹凸構造２３ｄに噛合う歯車３４と、この歯車３４を駆動するアクチュエータ３５から構成される駆動機構３３を有している。

また、下部構造体群用駆動手段４０ａは、押圧ローラー（押圧部材）４１を有しているものであってもよい。

上部構造体群用駆動手段４０ｂは、上部構造体群２０を一軸方向に移動させるために、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´近傍に配置されていている。上部構造体群用駆動手段４０ｂについて詳述すると、上部構造体群用駆動手段４０ｂは、上部構造体２２の上面凹凸構造に噛合う歯車と、この歯車を駆動するアクチュエータから構成される駆動機構を有している。更には、上部構造体群用駆動手段４０ｂは、押圧ローラー（押圧部材）４２を有しているものであってもよい。

なお、上記駆動機構３３には、上述した構成に代えて、下部構造体２３の下面凹凸構造２３ｂと、ウオーム歯車とを組み合わせたウオーム歯車減速機と、ウオーム歯車を駆動するためのアクチュエータとが設けられていてもよい。または、上部構造体群用駆動手段４０ｂを構成する駆動機構には、上述した構成に代えて、上部構造体２２の上面凹凸構造と、ウオーム歯車とを組み合わせたウオーム歯車減速機と、ウオーム歯車を駆動するためのアクチュエータとが設けられていてもよい。この構成によれば、一般的な平歯車のみを用いた減速機と比較してかなり少ない、わずか数個の歯車数で大きな減速比を実現できることから、非常にコンパクトな減速機として実現することができる。さらに、バックドライバビリティが無くなるため、アーム部２はアクチュエータ３５によって動作するが、アーム部２にアーム部２を動作させる外力が作用しても、アーム部２は動作しない。

図7に示すように、下部構造体群用駆動手段４０ａの押圧ローラー（押圧部材）４１は、駆動機構３３よりも第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´側に配置されており、駆動機構３３によって開口部１０ｃ´から外に送り出されようとする直線状に配列した下部構造体群２１（下部構造体２３）をその下面から重力方向に抗して押圧しながら、開口部１０ｃ´から外に送り出すローラー部材である。

また、上部構造体群用駆動手段４０ｂの押圧ローラー（押圧部材）４２も、駆動機構よりも第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´側に配置されており、駆動機構によって開口部１０ｃ´から外に送り出されようとする直線状に配列した上部構造体群２０（上部構造体２２）をその上面から重力方向に押圧しながら、開口部１０ｃ´から外に送り出すローラー部材である。

上部構造体−下部構造体の合体構造の硬直つまりアーム部は、押圧ローラー４１、押圧ローラー４２で押圧されることで上部構造体２２と下部構造体２３がその重なっている方向（重畳方向）を圧接され確立される。

なお、アーム部は、押圧ローラー４２と下部構造体を駆動する歯車３４で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、押圧ローラー４１と上部構造体を駆動する歯車で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、上部構造体を駆動する歯車と、下部構造体を駆動する歯車３４で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、押圧ローラー４１と押圧ローラー４２と下部構造体を駆動する歯車３４で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、押圧ローラー４１と押圧ローラー４２と上部構造体を駆動する歯車で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、押圧ローラー４１と上部構造体を駆動する歯車と下部構造体を駆動する歯車３４で保持されてもよい。

あるいは、アーム部は、押圧ローラー４２と上部構造体を駆動する歯車と下部構造体を駆動する歯車３４で保持されてもよい。

押圧ローラーの機構については、特に限定されるものではないが、一例としては、ローラーの回転軸にバネのような弾性部材が別途設けられている構成が挙げられる。

なお、押圧ローラー４１は、図７では、上部構造体群２０に沿って２つ配設されているが、配設数はこれに限定されるものではない。

また、本実施形態では、図２および図７に示すように、下部構造体群用駆動手段４０ａの駆動機構３３よりも開口部１０ｃ´に近い側に下部構造体群用駆動手段４０ａの押圧ローラー４１が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動機構３３が押圧ローラー４１よりも開口部１０ｃ´に近い側に設けられていてもよい。

続いて上部構造体群用駆動手段４０ｂは、上部構造体群２０を移動させるために、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´近傍に配置されている。上部構造体群用駆動手段４０ｂは押圧ローラー（押圧部材）４２を備えており、押圧ローラー４２は、重力方向に上部構造体群２０（上部構造体２２）を押圧することができる。押圧ローラー機構については、特に限定されるものではないが、一例としては、押圧ローラーの回転軸にバネのような弾性部材が別途設けられている構成が挙げられる。

なお、押圧ローラー４２は、図２および図７では、上部構造体群２０に沿って３つ配設されているが、配設数はこれに限定されるものではない。

また、下部構造体群用駆動手段４０ａの駆動機構３３と同じ構成のものを、押圧ローラー４２に加えて、上部構造体群２０の上面に対向する位置に配設することも可能である。その場合には、上部構造体群２０の上面に上面凹凸構造を形成すればよい。

以上で説明した駆動手段３３による駆動のもとで、上部構造体群２０と下部構造体群２１とがどのように合体し、どのように硬直した直列の（圧接）上部構造体−下部構造体の合体構造を形成することができるのかについて、引き続き図７を用いて説明する。

上述したように、複数個の上部構造体２２が一連に配列してなる上部構造体群２０と、複数個の下部構造体２３が一連に配列してなる下部構造体群２１とは、両構造体群の連結軸は、図２や図７に示すように長手方向に同一の個所に設けられる場合、すなわち、両構造体群が硬直されたアーム部において上部構造体群に設けられている連結軸の重力方向下方に下部構造体群に設けられている連結軸が位置する場合でも、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´側で上部構造体群２０と下部構造体群２１が支持されており、上部構造体群２０と下部構造体群２１の先端が共通ブロック体６０に接続されているために、アーム部２の硬化が実現される。

なお、上部構造体群に設けられている連結軸の重力方向下方に下部構造体群に設けられている連結軸が位置する場合に限らず、図８に示すように両構造体の連結軸を交互に、互いに相手側構造体の中心付近に設ける場合、すなわち、両構造体群が硬直されたアーム部において上部構造体群に設けられている隣り合う連結軸と連結軸との間における重力方向下方に下部構造体群に設けられている１つの連結軸が位置する場合であってもよく、この場合とすると、両構造体群共に構造体の屈曲回転が確実に防止され、より剛性の高い硬直が可能となる。

（アーム部収納）
上部構造体−下部構造体の合体構造の硬直つまりアーム部は、その合体構造のほとんどが、第３支持部１０ｃに設けられた開口部１０ｃ´から外部に向けて一軸方向に突出した構成となっている。一方、残りの、上部構造体−下部構造体の合体構造を構成しない硬直していない上部構造体群２０および下部構造体２１の配列は、ロボットアーム支持体１（図１）の形状に沿って湾曲し、ロボットアーム支持体１の内部空間に収納されている。

伸長している上部構造体−下部構造体の合体構造を収縮させる際には、駆動機構３３の歯車３４を回転させて、上部構造体−下部構造体の合体構造を第３支持部１０ｃ内部に引き込めばよい。第３支持部１０ｃ内部には、図２および図７に示すように、上部構造体群２０と下部構造体群２１とに挟まれる位置に分離手段４０ｃが設けられている。第３支持部１０ｃ内部に引き込まれた上部構造体−下部構造体の合体構造は、その圧接部分を分離手段４０ｃの進入によって解かれて合体構造が分離する。上部構造体−下部構造体の合体構造を更に第３支持部１０ｃ内部に引き込むことによって上部構造体群２０と下部構造体群２１とは、第３支持体１０ｃから第２支持部１０ｂに、第２支持体１０ｂから第１支持部１０ａに収納される。

上部構造体−下部構造体の合体構造の収納時、分離手段４０ｃによって分離された上部構造体群２０は、分離手段４０ｃの上側を移動する。分離された上部構造体群２０は、上部構造体２０がそれぞれピン３０を回転軸として回転できるため、アーム支持体１の形状に沿ってアーム支持体１の内部に格納される。分離された下部構造体群２１は、下部構造体２１がそれぞれピン３１を回転軸として回転できるため、アーム支持体１の形状に沿ってアーム支持体１の内部に格納される。このように、上部構造体２１、下部構造体群２１共に、アーム支持体１の形状に沿って、アーム支持体１の内部に格納できるため、アーム部２のコンパクトな収納が可能となる。

（アーム部の硬化条件）
本実施形態では、図２および図７に示すように、上部構造体群２０と下部構造体群２１の先端が共通ブロック体６０に接続された状態で第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´から外部に突出する上部構造体群２０と下部構造体群２１の長さが常に同じ状態が保たれ、さらに、下部構造体群２１が直列に配列した状態から下部構造体２３をピン３０を回転軸にして重力方向の順方向には回動できるが逆方向には回動できず、上部構造体群２２が直列に配列した状態から上部構造体２２はピン３１を回転軸に自由回動できる、条件のときアーム部２の硬化が実現される。

上部構造体群２０と下部構造体群２１の先端が共通ブロック体６０に接続された状態で第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´から外部に突出する上部構造体群２０と下部構造体群２１の長さが常に同じ状態が保つためには、上部構造体群用駆動手段４０ｂによる上部構造体群２０の動作と下部構造体群用駆動手段４０aによる下部構造体の動作を同期させればよい。

更には、上部構造体群２０を駆動する上部構造体群用駆動手段４０ｂで上部構造体群２０の動作が拘束され、下部構造体群２１の動作は上部構造体２２の下面凹凸構造２２aと下部構造体２３の上面凹凸構造２３ｃの咬合により拘束されてもよい。

更には、下部構造体群２１を駆動する下部構造体群用駆動手段４０aで下部構造体群２１の動作が拘束され、上部構造体群２２の動作は上部構造体２２の下面凹凸構造２２aと下部構造体２３の上面凹凸構造２３ｃの咬合により拘束されてもよい。

あるいは、上部構造体群２０を駆動する上部構造体群用駆動手段４０ｂで上部構造体群２０の動作が拘束され、下部構造体群２１を駆動する下部構造体群用駆動手段４０aで下部構造体群２１の動作が拘束されず、下部構造体群２１の動作は上部構造体２２の下面凹凸構造２２aと下部構造体２３の上面凹凸構造２３ｃの咬合により拘束されてもよい。

あるいは、上部構造体群２０を駆動する上部構造体群用駆動手段４０ｂで上部構造体群２０の動作が拘束されず、下部構造体群２１を駆動する下部構造体群用駆動手段４０aで下部構造体群２１の動作が拘束され、下部構造体群２１の動作は上部構造体２２の下面凹凸構造２２aと下部構造体２３の上面凹凸構造２３ｃの咬合により拘束されてもよい。

あるいは、アーム部２の剛性を向上させるために、上部構造体群用駆動手段４０ｂによる上部構造体群２０の動作と下部構造体群用駆動手段４０aによる下部構造体２１の動作を同期させ、さらに、上部構造体群２２の動作は上部構造体２２の下面凹凸構造２２aと下部構造体２３の上面凹凸構造２３ｃを咬合させてもよい。

（アーム部の変形例）
本実施形態では、図２に示したように、直動伸縮アーム関節Ｊ３は上部構造体群２０と下部構造体群２１とから構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示す構成であってもよく、図１３に示す構成であってもよい。図１１の構成と、図１３の構成とについて以下に説明する。

図１１に示す構成は、図２に示した直動伸縮アーム関節Ｊ３の上部構造体群２１が異なる構造物に代わっている点で、図２の構成と異なる。具体的には、図１２に示すように下部構造体２８は、図２の下部構造体２３とほぼ類似である。図２の上部構造体２２は概ね平板の構造体であったが、図１２に示す上部構造体２７は、ブロック体となっている。

下部構造体２８から構成される下部構造体群が直列に配列した状態から下部構造体２８をピンを回転軸にして重力方向の順方向には回動できるが逆方向には回動できず、上部構造体２７から構成される上部構造体群が直列に配列した状態から上部構造体２７はピンを回転軸に自由回動できてもいいし、重力方向の順方向には回動できるが逆方向には回動できなくてもよい。

図１３は、図２に示した上部構造体２２の構造と下部構造体２３の構造とが上下逆さになった構成である。図２の上部構造体２２は概ね平板の構造体であったが、図１３に示す上部構造体は、図１２の上部構造体２７とほぼ類似のブロック体となっている。図２の下部構造体２３はブロック構造体であったが、図１３に示す下部構造体は、概ね平板の構造体となっている。下部構造体から構成される下部構造体群が直列に配列した状態から下部構造体をピンを回転軸にして重力方向の順方向には回動できるが逆方向には回動できず、上部構造体から構成される上部構造体群が直列に配列した状態から上部構造体はピンを回転軸に自由回動できてもいいし、重力方向の順方向には回動できるが逆方向には回動できなくてもよい。

図１１と図１３に示すように、水平方向に並んで配列した上部構造体群と下部構造体群とは、上述した駆動手段４０と同様の機構で連結して硬直したり、連結を解除したりすることができ、図２に示した構成と同等の効果を奏することができる。なお、図２に示した駆動手段４０は、図１１と図１３の構成において、下部構造体群の下方に配設してもよく、上部構造体群の上方に配設してもよく、あるいは、下部構造体群の下方と上部構造体群の上方との双方に配設してもよい。

すなわち、図１１、図１２、図１３に示すように、本発明に係る直動伸縮アーム関節Ｊ３は、上部構造体群と下部構造体群が合わさって硬直した状態において、直動伸縮アーム関節Ｊ３が形成されればよい。

更には、上述した直動伸縮アーム関節Ｊ３では、その内部が中空になっていて配線を通すことができるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線を通すことは出来ないが、直動伸縮アーム関節Ｊ３の内部が中空になっていなくてもよい。すなわち、直動伸縮アーム関節Ｊ３は、どこにも凹形状や中空形状を持たない構造体を一連に繋げた構成を上部構造体群や下部構造体群として備えた構成であってもよい。

以上が本実施形態の構成であるが、本実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明が本実施形態に記載の範囲に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々の変更、置換を行なったものであっても本発明の範囲に含まれる。

（本実施形態の作用効果）
以上のような構成を具備する本実施形態におけるロボットアーム５０を用いれば、アーム部のアームの伸縮を曲げ関節リンクを用いることなく実現することができる。そのため、アームとアームとの間に設けられた回転関節が回転することによるアーム間での挟み込みを回避することができる。このことは、日常生活において人の手の代わりになって作業を補助する福祉用ロボットアームとして非常に有意なことである。また、特に、本実施形態のロボットアームを福祉用ロボットアームとして車椅子やベッドサイドに配置した場合、アームの伸縮が直動伸縮アームのみによって実現されるため、アームとアームとの間に曲げ関節リンクを設けた構成に比べて、ユーザーの視界を遮る範囲を最小限にすることができ、且つ目の前でのアームの伸縮動作がシンプルで小さいため、ユーザーの視覚的な不快感を低減させることが可能である。

一般にロボットアームを介助ロボットや福祉用ロボットとして身体に障がいのある人が用いる場合、使用時によだれや食べこぼしたものがロボットアームに付着することが少なくないことに本願発明者は注目した。このような状況を想定した場合、先に仮定した構造のものは、面に各リンク間の隙間が多数形成されるために、直動伸縮アーム機構内部への指の挟み込みや付着物（異物やごみ）の進入が発生しやすく、咬み合わせが悪くなり、直動伸縮アーム機構を正常に動作させることができなくなる虞があるのに対して、本発明の構成であれば、アーム部の上面には隙間の無い平面であるため、直動伸縮アーム機構の正常動作を妨げる虞がなく、動作に関して信頼性のあるロボットアームを実現することができる。

（本実施形態の変形例１）
伸縮アーム機構の上部構造体２２、下部構造体２３の形状の変更、アーム部２の硬化方法等各種変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、図１４に示すように、上部構造体２２の長手方向の長さが下部構造体２３より短くなってもよい。

あるいは、図１５に示すように、上部構造体２２の長手方向の長さが下部構造体２３より長くなってもよい。

下部構造体群２１において、下部構造体２３同士の連結は、ピン３０により連結されるのみであるため、隣り合う下部構造体２３の一方の下部構造体２３と他方の下部構造体２３とがそれぞれの凹型の開口部を同じ方向にして直列に配列した状態から、当該開口部同士を外側に向けてＶ字型をなす状態に自由回動できるが、図１６に示すように下部構造体２３にロック機構２３ｅ、２３ｆを実装し、例えば図７の開口部１０ｃ´から突出していく際にはロック機構２３ｅとロック機構２３ｆが接続されより隣り合う下部構造体２３が固定され回動できなくなるが、開口部１０ｃ´からロボットアーム支持体１内部に格納される際にはロック機構２３ｅとロック機構２３ｆが解除されることで隣り合う下部構造体２３が分離されピン３０を回転軸として回動できるようになってもよい。

（本実施形態の変形例２）
本実施形態では、図７に示すように、（ｉ）下部構造体２３の下面凹凸構造２３ｄに噛合う歯車３４と、この歯車３４を駆動するアクチュエータ３５から構成される駆動機構３３とを有した下部構造体群用駆動手段４０ａが、下部構造体２３の下側に配され、（ｉｉ）上部構造体２２の上面凹凸構造に噛合う歯車と、この歯車を駆動するアクチュエータから構成される駆動機構とを有した上部構造体群用駆動手段４０ｂが上部構造体２２の上部に配されて、当該（ｉ）および（ｉｉ）の少なくとも一方を用いて駆動する態様である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動手段は、上部構造体群および／または下部構造体群の左右のいずれかに配されていてもよい。

・変形例２−（ａ）
まず、１つ目の変形例２−（ａ）を説明する。図１７の（ａ）に第３支持部１０ｃを上面からみた状態の透視図を示し、上部構造体２２が示されている。図１７の（ａ）に示しているのは、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´付近であるので、上部構造体２２は、上部構造体２２の紙面奥側にある下部構造体群２１と接合することによって硬直して直列となっている。この変形例２−（ａ）では、少なくとも上記歯車３４が、図１７の（ａ）に、上部構造体２２および下部構造体２３における、アーム伸長方向を向いて右側に配されており、歯車３４が、図１７の（ｂ）に示すように、上部構造体２２にも下部構造体２３にも接触するように構成されている。歯車３４を駆動するアクチュエータから構成される駆動機構は、歯車３４と同じく上部構造体２２および下部構造体２１における右側に配されていてもよい。

この変形例２−（ａ）では、上部構造体２２および下部構造体２３における右側の面に、歯車３４に噛み合う凹凸構造が形成されていることが好ましい。

また図７と同様に、押圧ローラー４１が上部構造体２２および下部構造体２３における右側および左側に配され、左右の押圧ローラー４１は、上部構造体２２にも下部構造体２３にも接触するように構成されていてもよいし、上部構造体２２あるいは下部構造体２３に接触するように構成されていてもよい。

・変形例２−（ｂ）
別の変形例２−（ｂ）として、上述の変形例２−（ａ）に示した歯車３４と歯車３４を駆動するアクチュエータから構成される駆動機構との配設位置を、上部構造体２２および下部構造体２３の左側に配置した構成もあり得る。

・変形例２−（ｃ）
上述の変形例２−（ａ）に示した歯車３４は、上部構造体２２および下部構造体２３の右側に配されており、上部構造体２２および下部構造体２３を共に移動させる構成である。これに対して、別の変形例２−（ｃ）では、上部構造体２２と接触する（咬合する）歯車３４は上部構造体２２の右側に配され、下部構造体２３と接触する（咬合する）歯車３４は下部構造体２３の左側に配されている。

このように構成した場合であっても、上述の実施形態と同様、良好な駆動を実現することができる。

・変形例２−（ｄ）
本変形例２−（ｄ）では、上述の変形例２−（ｃ）の歯車３４が左右反転して、上部構造体２２と接触する（咬合する）歯車３４は上部構造体２２の左側に配され、下部構造体２３と接触する（咬合する）歯車３４は下部構造体２３の右側に配されている。

・変形例２−（ｅ）
本変形例２−（ｅ）では、右側に配設した歯車が上部構造体２２に接触する（咬合する）ことによって上部構造体２２とともに下部構造体２３を駆動させるか、または、右側に配設した歯車が下部構造体２３に接触する（咬合する）ことによって下部構造体２３とともに上部構造体２２を駆動させる。

あるいは、左側に配設した歯車が上部構造体２２に接触する（咬合する）ことによって上部構造体２２とともに下部構造体２３を駆動させるか、または、右側に配設した歯車が下部構造体２３に接触する（咬合する）ことによって下部構造体２３とともに上部構造体２２を駆動させる。

・変形例２−（ｆ）
本変形例２−（ｆ）では、上述の変形例２−（ａ）の上下の歯車３４が、右側だけでなく左側にも上下に配されている。

以上の変形例２−（ａ）〜２−（ｆ）に示すように歯車３４および駆動機構を左側および右側の少なくとも一方に配することにより、図７のように歯車３４および駆動機構を上下に配する構成に比して、重力による影響を避けることができるというメリットがある。具体的には、図７のように歯車３４および駆動機構を上下に配する構成の場合、重力（アームに関する重力）の影響で駆動手段への力やトルクが作用し、駆動トルクの増加や摩耗の増加が想定される。しかし、上述の変形例２−（ａ）〜２−（ｆ）に示す構成とすることで、これらを回避することができる。

また上記の変形例２−（ｆ）では、駆動力が片方から発生し、他方はローラーで支持されてしまい、左右対称の力伝達ではなくなるという事態を避けて、左右対称の力でバランス良く駆動することができる。

（本実施形態の変形例３）
図７や図１７に示す駆動手段では、直動機構の表面に歯面が付加されてしまう虞があり、異物の侵入を完全に避けることができないことが考えられる。また、歯面の凸と人や環境との接触時の危険性も残存する。そこで、直動機構の表面から歯面を削除することで、異物の侵入を避け、人や環境との接触時の危険性を削除するために、図１８に示すように、歯車３４は、上部構造体群２０と下部構造体群２１との間に在るようにしてもよい。つまり、上部構造体２２の下部（下部構造体２３との接触側）に歯面を付加し、その歯面を駆動手段で駆動することで、上部・下部ともに動作させる。上部構造体２２の下部の歯面は、下部構造体との勘合に利用してもよい。

上部構造体群２０は、歯車３４に接触する前に、ローラーにより直線状に整列（水平に維持）する必要があるため、歯車の前後と上部にローラーを設置している。駆動手段が、第３支持部１０ｃの開口部１０ｃ´から後方に移動するため、開口部１０ｃ´をコンパクトにできることと、重力が駆動手段に作用しないため、駆動トルクの低減や摩擦による摩耗の低減が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではない。当業者は、請求項に示した範囲内において、本発明をいろいろと変更できる。すなわち、請求項に示した範囲内において、適宜変更された技術的手段を組み合わせれば、新たな実施形態が得られる。すなわち、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

（本発明の総括）
本発明に係る直動伸縮アーム機構は、以上のように、
ロボットアーム支持体の端部から、先端にハンド部が接続されるアーム部を直動伸縮させる直動伸縮アーム機構であって、
上記アーム部は、複数の構造体が連結軸を介して該連結軸に対し直交する方向に連結されている、該連結軸に平行な方向に沿った該構造体の幅が各構造体において互いに同一である２つの構造体群であって、該構造体群を構成するそれぞれの構造体のうちの上記ハンド部側の端の構造体同士が互いに連結された該２つの構造体群からなり、
上記ロボットアーム支持体の端部に、上記２つの構造体群の一方の面を互いに圧接して、両者の接触面で滑りが生じないよう互いに重ね合わせながら各構造体群を伸長する方向に駆動する駆動手段を有し、
上記２つの構造体群が上記駆動手段の駆動により互いに重ね合わされたとき、上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部を構成するとともに、
少なくとも一方の構造体群において、隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成するようにするとともに、
上記駆動手段を逆駆動させたとき、互いに重ね合わされて硬直している上記２つの構造体群を互いに分離させ、上記両構造体群において各構造体の上記回転軸を介した回転を可能にする分離手段を上記ロボットアーム支持体の内部に配設していることを特徴としている。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、
該上側の構造体群は、それぞれ隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面の反対側の面が隣り合う構造体の間で互いに間隙のない平面を形成することが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
各々の構造体群のそれぞれ隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止されることによって、上記２つの構造体群の各々における、構造体群同士の接触面の反対側の面が、互いに間隙のない平面を形成することが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士が、物理的に接着あるいは溶接されていることが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士に、共通ブロックに結合されていることが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記２つの構造体群同士の圧接を補助するために、上記２つの構造体群のうちの少なくとも一方を押圧する押圧部材を有していることが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記駆動手段は、歯車と、当該歯車を回転させるアクチュエータとからなる駆動機構を有しており、上記歯車を上記２つの構造体群のうちの少なくとも一方に接触させることによって上記２つの構造体群を駆動するように構成されていることが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記歯車は、一方の構造体群と他方の構造体群との間に在る。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
一方の構造体群を構成する構造体と、他方の構造体群を構成する構造体とは、各々の上記接触面から当該接触面とは反対側の面までの長さが、互いに等しいか、もしくは、一方が他方に比べて短い。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、該一方の構造体群に設けられている上記連結軸の重力方向下方に、該他方の構造体群に設けられている上記連結軸が位置するように構成されていてもよい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、該一方の構造体群に設けられている隣り合う連結軸と連結軸との間における重力方向下方に、該他方の構造体群に設けられている１つの連結軸が位置するように構成されていてもよい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
一方の構造体群と他方の構造群との上記接触面に、互いに噛合う噛合部が設けられていることが好ましい。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
一方の構造体群を構成する１つの構造体の上記接触面には、他方の構造体群を構成する隣り合う２つの上記構造体のそれぞれに設けられた上記噛合部と噛合うよう、上記噛合部が複数箇所に設けられている。

また、本発明に係る直動伸縮アーム機構は、上記の構成に加えて、
上記ロボットアーム支持体はその内部に、上記分離手段によって分離した上記構造体群を収納することができるように構成されており、
上記分離手段によって分離した上記構造体群は、上記回転軸を介した回転により、上記ロボットアーム支持体の内部の形状に沿って収納される。

本発明に係るロボットアームは、複数の上部構造体と複数の下部構造体と駆動手段とを備えた直動伸縮アーム機構によるアーム部などにより構成されることによって、挟み込みやごみの進入を著しく防止することができ、且つ直動伸縮アーム機構をロボットアーム支持体内部に格納することで、占有スペースのコンパクト化を実現することができる。

従って、例えば、介助ロボットや福祉用ロボットとして身体に障がいのある人が用いることができるほか、人と協調して人の傍で動作する次世代セル生産用ロボットアームとして用いることができる。

１ ロボットアーム支持体（基台）
２ アーム部
３ ハンド部（エンドエフェクタ）
１０ａ 第１支持部
１０ｂ 第２支持部
１０ｃ 第３支持部
１０ｃ´ 開口部
２０ 上部構造体群
２１ 下部構造体群
２２ 上部構造体
２２ａ 下面凹凸構造（位置決め部）
２２ｂ 側面
２３ 下部構造体
２３ａ 側面凹凸構造（咬合部）
２３ｂ 側面
２３ｃ 上面凹凸構造
２３ｄ 下面凹凸構造
２３ｅ ロック機構
２３ｆ ロック機構
２４ａ 貫通穴
２４ｂ 貫通穴
２５ａ 貫通穴
２５ｂ 貫通穴
２７ 上部構造体
２８ 下部構造体
３０ ピン
３１ ピン
３３ 駆動機構
３４ 歯車
３５ アクチュエータ
４０ 駆動手段（駆動機構）
４０ａ 下部構造体群用駆動手段
４０ｂ 上部構造体群用駆動手段
４０ｃ 分離手段
４１ 押圧ローラー（押圧部材）
４２ 押圧ローラー（押圧部材）
５０ ロボットアーム（直動伸縮アーム機構）
６０ 共通ブロック体
７０ 第１指
７１ 第２指
７２ ２指ハンド
Ｇ 設置面
Ｊ１ 第１回転関節（回転関節手段）
Ｊ２ 第２回転関節
Ｊ３ 直動伸縮アーム関節（上部構造体−下部構造体の合体構造）
Ｊ４ 第４回転関節
Ｊ５ 第５回転関節
Ｊ６ 第６回転関節
Ｊ７ 第７回転関節

Claims (16)

1. ロボットアーム支持体の端部から、先端にハンド部が接続されるアーム部を直動伸縮させる直動伸縮アーム機構であって、
   上記アーム部は、複数の構造体が連結軸を介して該連結軸に対し直交する方向に連結されている、該連結軸に平行な方向に沿った該構造体の幅が各構造体において互いに同一である２つの構造体群であって、各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士が互いに連結された該２つの構造体群からなり、
   上記ロボットアーム支持体は、上記各構造体群を互いに近接させる方向に圧接しつつ、一方の構造体群と他方の構造体群との接触面で滑りが生じないよう互いに重ね合わせながら各構造体群を伸長する方向に駆動する駆動手段を有しており、
   上記２つの構造体群が上記駆動手段の駆動により互いに重ね合わされたとき、上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部を構成するとともに、
   少なくとも一方の構造体群において、隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面と対向する面が互いに間隙のない平面を形成するようにするとともに、
   上記駆動手段を逆駆動させたとき、互いに重ね合わされて硬直している上記２つの構造体群を互いに分離させ、上記両構造体群において各構造体の上記回転軸を介した回転を可能にする分離手段を上記ロボットアーム支持体の内部に配設していることを特徴としている直動伸縮アーム機構。
2. 上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、
   該上側の構造体群は、それぞれ隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止され、該構造体群の他方の構造体群との接触面の反対側の面が隣り合う構造体の間で互いに間隙のない平面を形成することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮アーム機構。
3. 各々の構造体群のそれぞれ隣り合う構造体が各々の側面によって互いに係止されることによって、上記２つの構造体群の各々における、構造体群同士の接触面の反対側の面が、互いに間隙のない平面を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の直動伸縮アーム機構。
4. 上記各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士が、互いに物理的に接着あるいは溶接されていることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
5. 上記各構造体群における、上記ハンド部側の端に構成される構造体同士に、共通ブロックに結合されていることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
6. 上記２つの構造体群同士の圧接を補助するために、上記２つの構造体群のうちの少なくとも一方を押圧する押圧部材を有していることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
7. 上記駆動手段は、歯車と、当該歯車を回転させるアクチュエータとからなる駆動機構を有しており、上記歯車を上記２つの構造体群のうちの少なくとも一方に接触させることによって上記２つの構造体群を駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
8. 上記歯車は、一方の構造体群と他方の構造体群との間に在ることを特徴とする請求項７に記載の直動伸縮アーム機構。
9. 一方の構造体群を構成する構造体と、他方の構造体群を構成する構造体とは、各々の上記接触面から当該接触面とは反対側の面までの長さが、互いに等しいか、もしくは、一方が他方に比べて短いことを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
10. 上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、該一方の構造体群に設けられている上記連結軸の重力方向下方に、該他方の構造体群に設けられている上記連結軸が位置するように構成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
11. 上記２つの構造体群が上記駆動手段により互いに重ね合わされて上記連結軸を介した各構造体の回転を拘束して硬直されたアーム部において、一方の構造体群は他方の構造体群の上側にあり、該一方の構造体群に設けられている隣り合う連結軸と連結軸との間における重力方向下方に、該他方の構造体群に設けられている１つの連結軸が位置するように構成されていることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
12. 一方の構造体群と他方の構造群との上記接触面に、互いに噛合う噛合部が設けられていることを特徴とする請求項１から１１までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
13. 一方の構造体群を構成する１つの構造体の上記接触面には、他方の構造体群を構成する隣り合う２つの上記構造体のそれぞれに設けられた上記噛合部と噛合うよう、上記噛合部が複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の直動伸縮アーム機構。
14. 上記ロボットアーム支持体はその内部に、上記分離手段によって分離した上記構造体群を収納することができるように構成されており、
    上記分離手段によって分離した上記構造体群は、上記回転軸を介した回転により、上記ロボットアーム支持体の内部の形状に沿って収納されることを特徴とする請求項１から１３までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構。
15. 請求項１から１４までの何れか１項に記載の直動伸縮アーム機構を備えていることを特徴とするロボットアーム。
16. 上記直動伸縮アーム機構の上記アーム部の先端には、エンドエフェクタが設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のロボットアーム。

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