JPWO2018025725A1 - ロボットアーム機構 - Google Patents

Abstract

目的は直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、第１コマ列が支柱内壁に衝突するのを防ぐことである。ロボットアーム機構は、列状に連結された複数の第１コマ５３と列状に連結された複数の第２コマ５４と、第１、第２コマを前後移動自在に支持する送り出し機構部２５と、第１コマと前記第２コマとを収納する角筒形状の収納部２２と、送り出し機構部と収納部２２との間の第１コマの往復動をその外側から案内するガイド８０とを備える。ガイドは、起伏回転関節部の起伏動に従って変形するように互いの前後端面において屈曲可能に連結される複数のガイドピース８１を有し、ガイドは送り出し機構部に固定される先端位置から収納部内にかけて垂れ下がる。

Description

本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。

従来より多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。発明者らはこのような多関節ロボットアーム機構に適用できる直動伸縮機構を開発した（特許文献１）。直動伸縮機構は、第１、第２コマ列を有する、第１コマ列は、屈曲可能に蝶番構造で連結された平板形状を有する金属製の複数のコマ（第１コマ）が列状に連結されてなる。第２コマ列は、屈曲可能に底板において軸受け構造で連結された溝形状を有する金属製の複数のコマ（第２コマ）が列状に連結されてなる。第１、第２コマ列の先頭のコマ同士は先端で結合されており、前方に送り出されるとき第１、第２コマ列はローラユニットで重ね合わされ、硬直状態が確保され、一定の剛性を有する柱状のアームに構成される。後方に引き戻されるとき第１、第２コマ列はローラユニットの後方で分離され、それぞれ屈曲可能な状態に復帰し、支柱内部の収納部に収納される。この直動伸縮機構の多関節ロボットアーム機構への採用は肘関節部を不要とし、容易に特異点を解消することができるので非常に有益な機構である。そのため、直動伸縮機構は、起伏回転関節や旋回回転関節等の様々な関節と組み合わされる。例えば、直動伸縮機構の直前に起伏回転関節が設置された場合、直動伸縮機構のローラユニットと、第１、第２コマ列を収納する収納部との間の位置関係が、その間に介在される起伏回転関節の起伏動に従って変化し、ローラユニットと収納部との間の間隙も、その幅を変化させる。

第１、第２コマ列は、収納部とローラユニットとの間の往復動を繰り返す。ローラユニットと収納部との間の間隙が大きいと、第１、第２コマ列の往復動の過程で、第１、第２コマが予定されていた軌道から外れ、周囲の部品に衝突してしまう可能性がある。第１、第２コマの部品への衝突は、その部品の破損だけではなく、第１、第２コマを損傷させかねない。また、第１、第２コマ列が予定軌道から外れてしまうことにより、アームのスムーズな送り出し／引き戻し動作を阻害してしまう可能性がある。これらのリスクを低減するために、収納部とローラユニットとの間の間隙において、第１、第２コマをガイドする機構の装備が必要となる。

特許第5435679号明細書

目的は、直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、ローラユニットと収納部との間において、第１コマをガイドする機構を提供することにある。

本実施形態に係るロボットアーム機構は、基台に支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアームを備えた直動伸縮機構が設けられる。屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、前記第１コマの先頭と前記第２コマの先頭とを結合する結合部と、前記第１、第２コマを前後移動自在に支持する送り出し機構部と、前記支柱部内に設置され、前記分離された第１コマと前記第２コマとを収納する角筒形状の収納部と、前記送り出し機構と前記収納部との間の前記第１コマの往復動をその外側から案内するガイドとを具備する。前記アームが前方へ伸張するとき前記第１、第２コマは前記収納部から前記送り出し機構部に引き出され前記送り出し機構部において互いに重合されて硬直な前記アームを構成し、前記アームが収縮するとき前記第１、第２コマは前記送り出し機構部の後方へ引き戻され互いに分離されて屈曲状態で前記送り出し機構部から前記収納部に戻され、前記ガイドは、前記起伏回転関節部の起伏動に従って変形するように互いの前後端面において屈曲可能に連結される複数のガイドピースを有し、前記ガイドは前記送り出し機構部に固定される先端位置から前記収納部内にかけて垂れ下がる。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の斜視図である。 図２は、図１のロボットアーム機構の側面図である。 図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。 図４は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。 図５は、図３のガイドの構造を示す図である。 図６は、図５のガイドピースの構造を示す図である。 図７は、図６のガイドピースの組立て図である。 図８は、図５のガイドの動作を説明するための補足説明図である。 図９は、図５のガイドを下方に付勢するための付勢機構が付加された構成例を示す図である。 図１０は、図９の付勢機構の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。以下の説明において、略同一つの機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観を示している。図２は図１のロボットアーム機構の側面図を示している。図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す図である。図４は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。

ロボットアーム機構は、基台１に支柱部２が鉛直方向に立設される。支柱部２上には起伏部４が載置される。起伏部４に直動伸縮機構が起伏自在に支持される。直動伸縮機構により伸縮されるアーム部５の先端に手首部６が装備される。支柱部２には支柱下部フレーム２１と収納部２２とにまたがって旋回用回転関節部としての第１関節部Ｊ１が収容される。支柱下部フレーム２１は円筒形状のハウジング３１により覆われる。収納部２２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続され、回転軸ＲＡ１を中心に軸回転する。収納部２２は円筒形状のハウジング３２により覆われる。第１関節部Ｊ１の回転に伴って支柱下部フレーム２１に対して収納部２２が回転し、それによりアーム部５は水平に旋回する。円筒体をなす支柱部２の内部中空には後述する直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列５１、５２が収納される。

支柱部２の上部には起伏回転関節部としての第２関節部Ｊ２を収容する起伏部４が設置される。第２関節部Ｊ２は曲げ回転関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は回転軸ＲＡ１に垂直である。起伏部４は、第２関節部Ｊ２の固定部（支持部）としての一対のサイドフレーム２３を有する。一対のサイドフレーム２３は、鞍形形状のハウジング３３により覆われる。一対のサイドフレーム２３は、収納部２２に連結される。一対のサイドフレーム２３にモータハウジングを兼用する第２関節部Ｊ２の回転部としての円筒体２４が支持される。円筒体２４の周面には、送り出し機構部２５が取り付けられる。送り出し機構部２５は、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及びローラユニット５８を保持する。円筒体２４の軸回転に伴って送り出し機構部２５は回動し、送り出し機構部２５に支持されたアーム部５が上下に起伏する。送り出し機構部２５はハウジング３４により覆われる。ハウジング３３、３４との間には、起伏部４の起伏動に追従する断面Ｕ字形状のＵ字蛇腹カバー１４が装備される。

送り出し機構部２５にはガイド８０が取り付けられる。ガイド８０は、送り出し機構部２５に固定される先端位置から、第１コマ列５１を挟んで第２コマ列５２の反対側を通って、収納部２２の内部に自重により垂れ下がる。それによりガイド８０は、送り出し機構部２５と収納部２２との間を移動する第１コマ５３をその外側において案内する。また、ガイド８０は、送り出し機構部２５と収納部２２との間を移動する第１コマ５３の移動領域の最外郭を規定するものでもある。ガイド８０の詳細は後述する。

第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在であるが、中心軸（伸縮中心軸ＲＡ３）に沿ってアーム部５の根元の送り出し機構部２５から前方に送り出されるときには屈曲が制限され、直線的剛性が確保される。アーム部５は後方に引き戻されるときには屈曲が回復される。アーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有する。第１コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１コマ５３からなる。第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２は複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は横断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体に構成される。第２コマ５４は底板端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２の屈曲は、第２コマ５４の側板の端面どうしが当接する位置で制限される。その位置では第２コマ列５２は直線的に配列する。第１コマ列５１の先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２の先頭の第２コマ５４とは結合コマ５５により接続される。例えば、結合コマ５５は第１コマ５３と第２コマ５４とを合成した形状を有している。

第１、第２コマ列５１，５２は送り出し機構部２５のローラユニット５８を通過する際にローラ５９により互いに押圧されて重合する。重合により第１、第２コマ列５１，５２は直線的剛性を発揮し、柱状のアーム部５を構成する。ローラユニット５８の後方にはドライブギア５６がガイドローラ５７とともに配置される。ドライブギア５６は図示しないモータユニットに接続される。第１コマ５３の内側の面、つまり第２コマ５４と重合する側の面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギアが形成されている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギア５６はガイドローラ５７に押圧された第１コマ５３のリニアギアに噛み合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア５６とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ドライブギア５６が順回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８から前方に送り出される。ドライブギア５６が逆回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８とドライブギア５６との間で互いに分離される。分離された第１、第２コマ列５１，５２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。屈曲可能な状態に復帰した第１、第２コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、支柱部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行にほぼ揃った状態で収納される。

アーム部５の先端には手首部６が取り付けられる。手首部６は第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６を装備する。第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタは揺動回転される。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタは前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４と第５回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタは軸回転される。

エンドエフェクタ（手先効果器）は、手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部下部に設けられたアダプタ７に取り付けられる。エンドエフェクタはロボットが作業対象（ワーク）に直接働きかける機能を持つ部分であり、例えば把持部、真空吸着部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンなどのタスクに応じて様々なツールが存在する。エンドエフェクタは、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、基台１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にエンドエフェクタを到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。

図５は、図３のガイド８０の構造を示す図である。図６は、図５のガイドピース８１の構造を示す斜視図である。図７は、図５のガイドピース８１の組立て図である。ガイド８０は複数のガイドピース８１を有する。複数のガイドピース８１は互いの前後端部において屈曲可能に連結される。それにより、ガイド８０は、起伏部４の起伏動に従って、その形状を変化させることができる。

ガイドピース８１の長さは、ガイド８０の形状変化に影響する。ガイドピース８１が短い程、単位長さあたりの屈曲点が増えるため、ガイドピース８１はより複雑な形状に変形することができる。一方で、単位長さあたりの屈曲点の増加は、第１コマ５３がガイド８０に衝突したときにガイド８０の屈曲点に第１コマ５３が引っかかるリスクを増加させ、またガイド８０を予め決まった形状に変形させることを困難にさせる。そのため、ガイドピース８１は適切な長さに構成されるべきである。ガイド８０は、第１コマ５３をその外側から案内する。そのため、ガイドピース８１は、典型的には第１コマ５３の長さに略等価又はそれよりも少し長く構成される。しかしながら、これは、ガイドピース８１を第１コマ５３よりも短く構成することを否定するものではない。ガイドピース８１の幅は、典型的には第１コマ５３の幅と略等価である。

ガイドピース８１は短冊形状の一対のフレーム８１０，８３０を有する。一対のフレーム８１０，８３０各々は同一の形状、同一のサイズに構成される。なお、ガイド８０が送り出し機構部２５に装着された状態で、第１コマ５３側に向くフレーム８１０，８３０の縁を「内縁」、その反対側の縁を「外縁」と称する。また、ガイド８０の第１コマ５３側を「内側」、その反対側を「外側」と称する。

フレーム８１０，８３０は、ガイドピース８１の形状を決める主要な構成要素であり、フレーム中央の本体部分８１２，８３２と、フレーム前方の前方連結部分８１１，８３１と、フレーム後方の後方連結部分８１３，８３３とからなる。前方連結部分８１１，８３１と本体部分８１２，８３２と後方連結部分８１３，８３３とは同一の厚みに構成される。フレーム８１０，８３０の外縁は直線形状、内縁は中央の本体部分８１２，８３２に向かって幅が狭い弓形形状に構成される。このフレーム内縁の形状は、フレーム内縁から後述のベルト８４０を露出させる。

一対のフレーム８１０，８３０はスペーサ８４１，８４２により互いに平行に連結される。具体的には、一方のフレーム８１０の本体部分８１２には厚み方向に貫通する２つのネジ孔８１４，８１５があけられている。他方のフレーム８３０の本体部分８３２にも、厚み方向に貫通する２つのネジ孔８３４，８３５が、一方のフレーム８１０の２つのネジ孔８１４，８１５とそれぞれ同位置にあけられている。一対のフレーム８１０，８３０は、第１、第２スペーサ８４１，８４２により連結される。第１、第２スペーサ８４１，８４２は細長い円柱体であり、その長さは典型的には第１コマ５３の幅と略等価である。第１スペーサ８４１は、その一端が一方のフレーム８１０の前方のネジ孔８１４の位置でネジにより締結され、他端が他方のフレーム８３０の前方のネジ孔８３４の位置でネジにより締結される。同様に第２スペーサ８４２は、その一端が一方のフレーム８１０の後方のネジ孔８１５の位置でネジにより締結され、他端が他方のフレーム８３０の後方のネジ孔８３５の位置でネジにより締結される。それにより、一対のフレーム８１０，８３０は一定の距離、典型的には第１コマ５３の幅に略等価な距離を隔てた状態で互いに平行に連結される。一対のフレーム８１０，８３０が互いに対峙する側の面をフレームの「裏面」、その反対側の面をフレームの「表面」と称する。ガイド８０の側面はフレームの表面に対応する。

フレーム８１０，８３０は、その表面が前方連結部分８１１，８３１から本体部分８１２，８３２にかけて平坦になり、本体部分８１２，８３２から後方連結部分８１３，８３３にかけて本体部分８１２，８３２の厚みに略等価な深さの段差が設けられるように構成される。それにより、一対のフレーム８１０，８３０各々の後方連結部分８１３，８３３を他の一対のフレーム８１０，８３０各々の前方連結部分８１１，８３１の内側に挿し込んだ状態で、一対のフレーム８１０，８３０の表面と他の一対のフレーム８１０，８３０の表面とを平坦、つまりガイド８０の側面を平坦面にすることができる。

前方の一対のフレーム８１０，８３０の後方連結部分８１３，８３３と後方の一対のフレーム８１０，８３０各々の前方連結部分８１１，８３１とが重なる位置において、前後の一対のフレーム８１０，８３０はシャフト８４３により互いに屈曲可能に連結される。具体的には、一対のフレーム８１０，８３０各々の前方連結部分８１１，８３１の裏面にはシャフト受け部８１６が形成されている。シャフト受け部８１６はシャフト８４３と同一の断面形状を有する浅い窪みである。また、一対のフレーム８１０，８３０各々の後方連結部分８１３，８３３には、厚み方向に貫通するシャフト孔８１８，８３８があけられている。前方の一対のフレーム８１０，８３０の後方連結部分８１３，８３３を後方の一対のフレーム８１０，８３０の前方連結部分８１１，８３１の内側に挿し込み、前方の一対のフレーム８１０，８３０のシャフト孔８１８，８３８と後方の一対のフレーム８１０，８３０のシャフト受け部８１６とが直線上に配置された状態で、一方のフレーム８１０のシャフト受け部８１６の底面から、シャフト孔８１８，８３８を通して他方のフレーム８３０のシャフト受け部８３６の底面まで、シャフト８４３が懸架される。それにより、前後のガイドピース８１はシャフト８４３を中心に屈曲可能に連結される。なお、シャフト８４３とシャフト孔８１８，８３８各々の内壁との間の摩擦を軽減するために、シャフト孔８１８，８３８各々の内壁にベアリングが装備されていてもよい。シャフト８４３は前後の一対のフレーム８１０，８３０各々に対して固定されていないが、スペーサ８４１，８４２により一対のフレーム８１０，８３０が一定の距離を隔てた状態で保持されている限り、シャフト８４３により前後のガイドピース８１の連結状態は維持される。

ガイドピース８１の屈曲角度は、ガイドピース８１の端部に装備されるストッパ機構により制限することができる。ここでのガイドピース８１の屈曲角度は、前方のガイドピース８１の、後方のガイドピース８１に対するシャフト８４３回りの回転角度である。例えば前後の２つのガイドピース８１が直線的に整列された状態でガイドピース８１の屈曲角度は０度である。前方のガイドピース８１が後方のガイドピース８１に対して、フレームの外縁側に直角に曲げられた状態でガイドピース８１の屈曲角度は９０度、フレームの内縁側に直角に曲げられた状態でガイドピース８１の屈曲角度は−９０度である。

ストッパ機構は、当接ピン８４４とスリット８１７とを有する。スリット８１７は、一方のフレーム８１０の前方連結部分８１１の裏面に設けられる。スリット８１７は、シャフト受け部８１６の中心軸を中心とした円弧形状に構成される。一方フレーム８１０の後方連結部分８１３には厚み方向に貫通するピン孔８１９があけられている。他方のフレーム８３０の後方連結部分８３３には非貫通のピン受け部８３９が形成される。前方の一対のフレーム８１０，８３０の後方連結部分８１３，８３３を後方の一対のフレーム８１０，８３０の前方連結部分８１１，８３１の内側に挿し込み、前方一対のフレーム８１０，８３０のピン孔８１９とピン受け部８３９と後方の一対のフレーム８１０，８３０のスリット８１７とが直線上に配置された状態で、ピン受け部８３９の底面からピン孔８１９を通って、スリット８１７の底面にかけて当接ピン８４４が懸架される。当接ピン８４４はガイドピース８１の屈曲動作に従って、スリット８１７内を移動する。当接ピン８４４がスリット８１７のフレーム外縁側の端部に当接する位置で、ガイドピース８１の外側への屈曲が制限される。当接ピン８４４がスリット８１７のフレーム内縁側の端部に当接する位置で、ガイドピース８１の内側への屈曲が制限される。したがって、スリット８１７の両端位置を調整することで、ガイドピース８１の外側及び内側への屈曲角度の限界角度を変更することができる。当接ピン８４４も前後の一対のフレーム８１０，８３０各々に対して固定されていないが、スペーサ８４１，８４２により一対のフレーム８１０，８３０が一定の距離を隔てた状態で保持されている限り、当接ピン８４４はピン受け部８３９、スリット８１７から外れない。

第１コマ５３がガイド８０に衝突することによる、第１コマ５３の損傷可能性を低減するために、ガイド８０には、その第１コマ５３に対峙する側に可撓性を有する部材が装備される。ここでは、隣接するガイドピース８１の間に可撓性を有するベルト８４０が掛け渡される。そのために、ガイドピース８１の一対のフレーム８１０，８３０の間に２つの滑車８４５，８４６が介在される。２つの滑車８４５，８４６は、前後のガイドピース８１を屈曲可能に連結するシャフト８４３に軸支される。滑車８４５，８４６の直径はフレーム本体部分８１２，８３２の幅よりも長く、典型的にはフレーム８１０，８３０の最大幅と等価又はフレーム８１０，８３０の最大幅よりもわずかに短い。複数のガイドピース８１の先頭のガイドピース８１から最後尾のガイドピース８１にかけて、ベルト８４０は、滑車８４５，８４６に互い違いに掛け渡される。例えばガイドピース８１の一方側の滑車８４５とその後方のガイドピース８１の一方側の滑車８４５とに可撓性を有するベルト８４０が掛け渡され、ガイドピース８１の他方側の滑車８４６とその前方のガイドピース８１の他方側の滑車８４６とに可撓性を有するベルト８４０が掛け渡される。フレーム８１０，８３０の内縁の弓形形状は、ベルト８４０をフレーム８１０，８３０の内縁に対して内側に突出させる。それによりガイド８０に衝突した場合であっても、その衝撃をベルト８４０で軽減することができ、可撓性を有するベルト８４０が装備されていない場合に比べて第１コマ５３の損傷可能性を低減することができる。なお、ベルト８４０は滑車８４５，８４６に掛け渡されているため、その滑車８４５，８４６の回転により第１コマ５３がベルト８４０に引っかかった状態を回避することができる。

複数のガイドピース８１の先頭のガイドピース８１にはアダプタ８５が装備される。ガイド８０は、アダプタ８５を介して起伏回転関節部Ｊ２の回転側の送り出し機構部２５に固定される。送り出し機構部２５に固定されたガイド８０は、送り出し機構部２５から第１コマ列５１を挟んで第２コマ列５２の反対側を通って、収納部２２の内部に自重により垂れ下げられる。ガイド８０は、送り出し機構部２５と収納部２２との間を移動する第１コマ５３をその外側において案内する。

ガイド８０を送り出し機構部２５から収納部２２に垂れ下げるものであるが、ガイド８０の後端はリニアスライド機構に係合させることにより、ガイド８０の後端の動きを支柱部２の上下方向に規制する。リニアスライド機構は、ガイド８０の揺動抑制、ガイド８０の周囲衝突回避を実現する。リニアスライド機構はスライダ８６とリニアレール２２１とからなる。例えばスライダ８６はリングランナ−、リニアレール２２１はポールによりそれぞれ実装される。スライダ８６はリニアレール２２１に沿って直線的に往復移動をする。スライダ８６は、最後尾のガイドピース８１に取り付けられる。リニアレール２２１は収納部２２の内部にその中心軸と平行に設置される。

図８は、起伏回転関節部Ｊ２の起伏動に追従するガイド８０の動作を説明するための説明図である。図８（ａ）は、起伏部４が最も起きた姿勢のとき（起伏角０度のとき）のガイド８０の形状を示している。図８（ｂ）は、ロボットアーム機構の水平姿勢時のガイド８０の形状を示している。図８（ｃ）は、起伏部４が最も伏せた姿勢のとき（起伏角が最大のとき）のガイド８０の形状を示している。

起伏部４が最も起きた姿勢のとき、ガイド８０は略直線形状をなす。このとき、ガイド８０の後方部分は収納部２２の内部にポール２２１に沿って収納されている。起伏部４が水平姿勢のとき、ガイド８０の前方部分は回転軸ＲＡ２を中心とした略円弧形状、後方部分は略直線形状をなす。起伏部４が最も伏せた姿勢のとき、ガイド８０は回転軸ＲＡ２を中心とした略円弧形状をなす。起伏部４の起伏動に従って、ガイド８０は略直線形状から略円弧形状に少しずつ変形する。

起伏部４の姿勢が最も起きた姿勢から最も伏せた姿勢に変化すると、送り出し機構部２５は起伏回転軸ＲＡ２を中心に所定角度回転する。その過程において、ガイド８０は、送り出し機構部２５により起伏回転軸ＲＡ２回りに引っ張られ、その後方部分が収納部２２から少しずつ引き出され。ガイド８０は、その先頭のガイドピース８１から順に内側に少しずつ屈曲させながら、起伏回転軸ＲＡ２を中心とした円弧上に沿って移動する。起伏回転軸ＲＡ２を中心とした円弧上に沿ってガイド８０が移動するように、ガイドピース８１の屈曲角度が制限されている。

具体的には、ガイド８０が外側に屈曲する限界角度がゼロ又はその近似値になるように、複数のガイドピース８１各々のスリット８１７の長さ、位置が調整されている。それにより、ガイドピース８１は、その後方のガイドピース８１に対して外側に向かって屈曲不可であるため、ガイド８０の途中部分の外側への屈曲を回避することができ、ガイド８０の全体を予め決まった形状に変形させることができる。

また、ガイド８０が内側に屈曲する限界角度が鋭角になるように、複数のガイドピース８１各々のスリット８１７の両端の位置が調整されている。ガイド８０の内側への屈曲角度は、回転軸ＲＡ２を中心としたどれだけの部分を、何個のガイドピース８１でカバーする必要があるのかに従って、大まかに設定することができる。例えば、図８（ｃ）に示す、起伏部４が最も伏せた姿勢のときに、ガイド８０が送り出し機構部２５と収納部２２との間の回転軸ＲＡ２を中心とした半円部分を、５個のガイドピース８１でカバーする場合、ガイドピース８１の内側への屈曲角度は約３６度に制限される。それにより、ガイド８０は、途中部分が大きく内側に屈曲したような歪んだ円弧形状に変形することなく、回転軸ＲＡ２を中心とした円弧形状に変形することができる。

このようにガイドピース８１の屈曲角度を制限することで、ガイド８０は制限された角度範囲で屈曲するため、起伏動に伴ってガイド８０が直線状態から円弧形状（又はアーチ形状）に変形するとき、その曲率の最大値を制限して、送り出し機構部２５から収納部２２にかけて緩やかな円弧形状（又はアーチ形状）を描かせる事ができる。送り出し機構部２５と収納部２２との間の部分において、ガイド８０を回転軸ＲＡ２を中心とした円弧形状に変形させることは、ガイド８０による第１コマ５３のスムーズな送り出し／引き戻しに寄与する。

なお、本実施形態に係るロボットアーム機構には、ガイド８０を収納部２２の下方に付勢する付勢機構が付加されてもよい。自重によりガイド８０を下方に垂下させる構造では例えば支柱部２を天井から吊り下げたり、側壁から水平に突き出すように設置する場合には、ガイド８０が曲がりくねり、また絡まって、コマ５３，５４の移動を阻害するが、付勢機構はそのような事態を回避して、設置自由度を拡大する事ができる。

図９、図１０に示すように、付勢機構の付勢力は例えば引張りコイルバネ９０により発生される。コイルバネ９０の先端にはケーブル９１が接続される。ケーブル９１は収納部２２の下端の滑車８８を介して最後尾のガイドピース８１に接続される。引きバネ９０の後端はケーブル８７を介して収納部２２内の中程のケーブル固定具８９で固定される。滑車８８の採用は、ガイド８０の最下位置を制限する事態を回避できる。

なお、付勢機構の付勢力はコイルバネ９０により発生させるものに限定されない。ゴム等の伸縮ケーブルを採用しても良い。またねじりバネを備えたケーブルボビンにケーブル９１の後端を接続する構造であってもよい。

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…基台、２…支柱部、４…起伏部、６…手首部、７…アダプタ、１４…カバー、２２…収納部（支柱上部フレーム）、２３…サイドフレーム、２４…円筒体、２５…送り出し機構、３１，３２、３３、３４…ハウジング、５１…第１コマ列、５２…第２コマ列、５３…第１コマ、５４…第２コマ、５５…結合部（結合コマ）、５６…ドライブギア、５７…ガイドローラ、５８…ローラユニット、５９…ローラ、８０…ガイド、８６…リングランナー、２２１…ポール。

Claims (10)

1. 基台に支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアームを備えた直動伸縮機構が設けられるロボットアーム機構において、
   屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、
   屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、
   前記第１コマの先頭と前記第２コマの先頭とを結合する結合部と、
   前記第１、第２コマを前後移動自在に支持する送り出し機構部と、
   前記支柱部内に設置され、前記第１コマと前記第２コマとを収納する収納部と、
   前記送り出し機構と前記収納部との間の前記第１コマの往復動をその外側から案内するガイドとを具備し、
   前記アームが前方へ伸張するとき前記第１、第２コマは前記収納部から前記送り出し機構部に引き出され前記送り出し機構部において互いに重合されて硬直な前記アームを構成し、前記アームが収縮するとき前記第１、第２コマは前記送り出し機構部の後方へ引き戻され互いに分離されて屈曲状態で前記送り出し機構部から前記収納部に戻され、
   前記ガイドは、前記起伏回転関節部の起伏動に従って変形するように屈曲可能に連結される複数のガイドピースを有し、先頭のガイドピースが固定される前記送り出し機構から前記収納部内にかけて垂れ下がることを特徴とするロボットアーム機構。
2. 前記ガイドが内側に屈曲する限界角度は鋭角である請求項１記載のロボットアーム機構。
3. 前記ガイドが外側に屈曲する限界角度はゼロ又はその近似値である請求項１記載のロボットアーム機構。
4. 前記ガイドピースは前記第１コマよりも長いことを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
5. 前記収納部には前記収納部の中心軸と平行にポールが設置され、
   前記ガイドの後部には前記ポールが挿通するリングランナーが装備されることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
6. 前記ガイドピースの端部には、前記ガイドピースの屈曲軸と同軸で滑車が軸支され、複数のガイドピースの滑車の間には可撓性を有するベルトが掛け渡されることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
7. 前記ガイドピースはスペーサにより互いに平行に連結された一対のフレームを有し、前記一対のフレーム各々の前記第１コマ側の縁部は弓形形状に形成されることを特徴とする請求項６記載のロボットアーム機構。
8. 前記ガイドは、その自重により前記送り出し機構から前記収納部内にかけて垂れ下がることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
9. 前記ガイドを前記支柱部下方に付勢する付勢機構がさらに備えられることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
10. 基台に支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアームを備えた直動伸縮機構が設けられるロボットアーム機構において、
    屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、
    屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、
    前記第１コマの先頭と前記第２コマの先頭とを結合する結合部と、
    前記第１、第２コマを前後移動自在に支持する送り出し機構部と、
    前記支柱部内に設置され、前記第１コマと前記第２コマとを収納する角筒形状の収納部と、前記アームが前方へ伸張するとき前記第１、第２コマは前記収納部から前記送り出し機構部に引き出され前記送り出し機構部において互いに重合されて硬直な前記アームを構成し、前記アームが収縮するとき前記第１、第２コマは前記送り出し機構部の後方へ引き戻され互いに分離されて屈曲状態で前記送り出し機構部から前記収納部に戻され、
    前記起伏部の起伏動に従って変形し、前記送り出し機構と前記収納部との間の前記第１コマの往復動をその外側から案内するガイドと、
    を具備することを特徴とするロボットアーム機構。

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