TW202200331A - 機器人的關節結構 - Google Patents

Abstract

本發明的關節結構將機器人的第一部件與第二部件之間連結，包括史都華平台，所述史都華平台能夠控制所述第二部件相對於所述第一部件的相對位置及/或角度。所述史都華平台包括：第一構件，接合於所述第一部件；第二構件，接合於所述第二部件；多支腳，將所述第一構件與所述第二構件連接；驅動機構，為了改變所述第二構件相對於所述第一構件的相對位置及/或角度而改變各腳的有效長度；及軟體機構，於外力作用於所述第二構件的情形時，彈性地改變所述腳的有效長度，於脫離所述外力的情形時，恢復所述腳的有效長度。

Description

機器人的關節結構

本發明是有關於一種機器人的關節結構，尤其是有關於一種對軟體機器人（柔性機器人）的操作器而言適宜的關節結構。

產業用機器人通常由剛性高的機構構成操作器，利用感測器進行狀態計測，並且對末端執行器的三維位置進行控制。然而，僅由剛性高的機構構成的機器人例如難以進行伴隨接觸對象物的動作、或要求比感測器的計測誤差更高精度的動作等。作為解決此種課題的方法，提出了所謂軟體機器人（柔性機器人）的方法。例如，於機器人的一部分設置受到外力而位移或變形的柔性機構，自動跟隨對象物的形狀等。專利文獻1、專利文獻2中所記載的適應性機構亦為其一例。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平5-192892號公報 [專利文獻2]日本專利特開平8-118281號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，如專利文獻1、專利文獻2所提出的現有的適應性機構的可動範圍非常小，且只能進行限定性的動作（能夠於水平面內微小位移的程度），因此能夠應用的場景或用途受到限定。

本發明是鑒於所述實際情況完成，其目的在於提供一種機器人的關節結構，所述機器人的關節結構能夠進行多自由度的主動控制，且兼具柔性。 [解決課題之手段]

本公開包括一種關節結構，將機器人的操作器的第一部件與第二部件之間連結，其特徵在於：包括能夠控制所述第二部件相對於所述第一部件的相對位置及/或角度的史都華平台（Stewart platform），所述史都華平台包括：第一構件，接合於所述第一部件；第二構件，接合於所述第二部件；多支腳，將所述第一構件與所述第二構件連接；驅動機構，為了改變所述第二構件相對於所述第一構件的相對位置及/或角度而改變各腳的有效長度；及軟體機構，於外力作用於所述第二構件的情形時，彈性地改變所述腳的有效長度，於脫離所述外力的情形時，恢復所述腳的有效長度。

此處，第一部件可為操作器的關節與關節之間的連桿，第二部件可為比第一部件更靠末端執行器側的連桿或末端執行器。根據該結構，藉由利用驅動機構改變史都華平台的各腳的有效長度，能夠實現第一部件與第二部件的相對位置及/或角度的主動的多自由度控制。並且，於外力作用於機器人的情形時，腳的有效長度彈性地變化，第一部件與第二部件的相對位置及/或角度跟隨外力而被動地變化。因此，能夠同時實現主動的多自由度控制與柔性。

「腳的有效長度」可認為是第一構件與腳的連接點至第二構件與腳的連接點為止的距離。於腳為連結多根桿而成的結構、或包括彎曲的構件的情形時亦可同樣地認為。

可為所述腳包括桿，所述桿以自由滑動的方式由支持體所支持，藉由滑動來改變所述腳的有效長度，所述驅動機構包括：線狀構件，安裝於所述桿，具有可撓性；及彈性構件，若拉伸所述線狀構件使所述桿滑動，則發生彈性變形，產生抵抗所述線狀構件的拉伸力的彈性恢復力。根據該結構，若對線狀構件施加拉伸力，則桿滑動而彈性構件逐漸彈性變形。然後，於拉伸力與彈性恢復力均衡的位置，桿的滑動停止。根據此種結構，藉由調整線狀構件的拉伸力，能夠簡單且精度良好地控制桿的滑動狀態。一支腳的有效長度根據史都華平台的具體結構而存在僅由該腳的桿的滑動狀態決定的情形、及綜合全部腳的桿的滑動狀態而決定的情形。於任一情形時，均可藉由精度良好地控制各桿的滑動狀態來精度良好地控制各腳的有效長度。

於該結構中，所述彈性構件可兼作所述軟體機構。例如，若外力沿著與線狀構件的拉伸力相同的方向發揮作用，則拉伸力與外力的合力使彈性構件進一步變形，桿的滑動狀態變化，從而腳的有效長度變化。然後，若外力消失，則桿的滑動狀態恢復至與拉伸力均衡的位置。如上所述，藉由利用相同構件構成驅動機構與軟體機構，可實現組件件數的減少，進而實現成本的降低以及裝置的小型化。

可為所述彈性構件包括非線性彈簧部件，藉由利用所述線狀構件的拉伸量改變所述彈性構件的變形量，所述軟體機構的剛性可變。藉此，亦能夠控制關節結構的剛性（柔性）。

所述支持體可為設置於所述第一構件的軸承。該結構具有能夠簡化腳自身的結構的優點。

所述支持體可為缸構件，所述缸構件設置於所述腳，供所述桿以自由滑動的方式插入。該結構具有能夠簡化第一構件或第二構件的結構的優點。

可將所述線狀構件的端部拉出至所述關節結構的外側，並連接於與所述關節結構分開設置的驅動源。如上所述，藉由使線狀構件的驅動源與關節結構不同體，且將其配置於關節結構的外部，可將關節結構本身緊湊且輕量地構成。

可為所述腳包括桿，所述桿藉由沿著長度方向移動來改變所述腳的有效長度，所述驅動機構為藉由壓縮性流體使所述桿沿著其長度方向移動的致動器。根據此種結構，藉由控制壓縮性流體的供給/排出，而能夠簡單且精度良好地控制桿的移動量。

所述致動器的所述壓縮性流體可兼作所述軟體機構。例如，若外力沿著壓入桿的方向作用，則致動器內部的壓縮性流體彈性壓縮或彈性膨脹，桿的移動量發生變化。然後，若外力消失，則壓縮或膨脹之壓縮性流體復原，桿的移動量恢復成原來的狀態。如上所述，藉由利用相同構件構成驅動機構與軟體機構，可實現組件件數的減少，進而實現成本的降低以及裝置的小型化。

所述致動器亦可為氣缸。

可將用以對所述致動器進行所述壓縮性流體的供給/排出的管拉出至所述關節結構的外側，並連接於與所述關節結構分開設置的驅動源。如上所述，藉由使致動器的驅動源與關節結構不同體，且將其配置於關節結構的外部，可將關節結構本身緊湊且輕量地構成。

可進而包括鎖定機構，所述鎖定機構進行所述第二部件獨立於所述第一部件而自由運動的自由狀態、與所述第二部件被固定於所述第一部件的鎖定狀態的切換。於鎖定狀態下，第一部件與第二部件如一個剛體般動作。藉此，可切換剛性高的機器人（鎖定狀態）與柔性機器人（自由狀態），因此藉由例如根據機器人的動作或情景適當區分使用，而可期待能夠實現機器人的應用範圍的擴大或有效率的運作。

本發明可理解為包括所述結構的至少一部分的機器人的關節結構，亦可理解為控制機器人的操作器的部件的位置、角度的致動器。又，亦可理解為包括此種關節結構、或致動器的機器人的操作器或機器人。又，本發明亦可理解為藉由所述結構的關節結構控制機器人的操作器的部件的位置、角度的控制方法或驅動方法等。再者，所述結構各者可儘可能地互相組合而構成本發明。 [發明的效果]

根據本發明，可提供一種能夠進行多自由度的主動控制、且兼具柔性的機器人的關節結構。

＜應用例＞ 參照圖1的（A）及圖1的（B）對本發明的應用例之一進行說明。圖1的（A）及圖1的（B）是包括史都華平台的機器人的關節結構的示意圖。圖1的（A）是圖1的（B）的沿A-A線的截面圖，圖1的（B）是側面圖（自圖1的（A）的B箭頭觀察）。

該關節結構1是將構成機器人的操作器RM的第一部件11與第二部件12之間連結的裝置。操作器RM為多關節的操作器，第一部件11是位於操作器RM的基端側的部件，第二部件12是位於比第一部件11更靠前端側的部件。

關節結構1包括能夠控制第二部件12相對於第一部件11的相對位置及/或角度的史都華平台10。史都華平台包括利用多支腳支持一個構件的結構，是藉由改變各腳的有效長度（藉由改變各腳的有效長度的組合）而對構件賦予x方向、y方向、z方向的平移以及繞x軸、繞y軸、繞z軸的旋轉的六種自由度的運動的機構。史都華平台亦稱為運動平台（motion base）、六軸平台、六自由度平台。

史都華平台10大致包括：第一構件110，接合於第一部件11；第二構件120，接合於第二部件12；多支腳130，將第一構件110與第二構件120連接；及驅動機構140，改變各腳130的有效長度。腳130的數量典型而言為六支，亦可採用六支以外的結構。

於圖1的（B）的例中，各腳130包括兩根桿131、桿132以自由彎曲的方式連結而成的結構。桿131由第一構件110的軸承111所支持，桿132經由萬向接頭121連接於第二構件120。

於桿131的上端安裝有具有可撓性的線狀構件150。線狀構件150被拉出至關節結構1的外側，並連接於驅動源M。又，與桿131同心地設置有彈性構件160。於圖1的（B）的結構例中，由線狀構件150與彈性構件160構成腳130的驅動機構140。

對驅動機構140的動作進行說明。若藉由驅動源M對線狀構件150施加拉伸力F1，則桿131沿著圖1的（B）的上方向滑動，彈性構件160逐漸彈性變形（壓縮變形）。然後，於拉伸力F1與彈性構件160的彈性恢復力F2均衡的位置，桿131的滑動停止，腳130的有效長度穩定。根據該結構，對自驅動源M施加的線狀構件150的拉伸力進行調整，藉此能夠簡單且精度良好地控制腳130的有效長度。於機器人運行時，藉由利用控制器（未圖示）控制驅動源M分別調整各腳130的有效長度，可任意控制第二構件120的姿勢（位置、角度）。於圖1的（B）的例中，針對左側的腳130的拉伸力F1大於針對右側的腳130的拉伸力F1，因此左側的腳130比右側的腳130短，第二構件120繞y軸旋轉。

彈性構件160亦發揮作為「軟體機構」的作用，所述「軟體機構」於外力作用於第二構件120（第二部件12）的情形時，彈性地改變腳130的有效長度，於脫離外力的情形時，使腳130的有效長度恢復。例如，如圖2的右側所示，假定藉由外力作用於第二構件120，而沿著提起右側的腳130的方向施加力F3。於該情形時，拉伸力F1與外力F3的合力使彈性構件160進一步壓縮變形，右側的腳130的有效長度變短。藉此，第一部件11與第二部件12的相對位置及/或角度跟隨外力而被動地變化。然後，若外力F3消失，則如圖2的左側所示，腳130的有效長度恢復至與拉伸力F1均衡的位置。

驅動源M可為線性馬達或旋轉馬達。驅動源M可被電性驅動或被流體壓力驅動。驅動源M可不對線狀構件150施加拉伸力F1，而是以確定線狀構件150的拉回長度的方式驅動線狀構件150。於該情形時，桿131於對應於線狀構件150的拉回長度的位置靜止，且被彈性構件160以彈性恢復力F2彈推。於對桿131施加超過此時的彈性恢復力F2且將彈性構件160壓縮的外力的情形時，桿131移動直至隨著將彈性構件160壓縮而變大的彈性恢復力F2與外力均衡為止，驅動源M中長度方向上被定位的線狀構件150產生對應於桿131的移動的撓曲。該撓曲主要於線狀構件150未通過下文所述的管中的部分產生。

藉由以上所述的關節結構1，能夠同時實現主動的多自由度控制與柔性。

＜實施形態＞ 參照圖3對本發明的實施形態的機器人及其關節結構進行說明。圖3是表示機器人的整體結構的示意圖。

於本實施形態中，示出經由上文所述的包括史都華平台的關節結構1對垂直多關節機器人R的操作器RM安裝末端執行器E2的例。但其終究為一例，機器人R的結構、種類並不限於圖3的例。具體而言，機器人R只要為包括至少一個以上操作器的機器人，則可為任意，可應用於產業用機器人、人形機器人、護理機器人、搬送機器人、家庭用機器人、手術支援機器人等各種各樣的機器人。其中，產業用機器人為可較佳地應用關節結構1的機器人之一。再者，產業用機器人中除了垂直多關節機器人以外，還包括水平多關節機器人（史卡拉機器人（SCARA Robot））、並聯機器人（parallel link robot）、正交機器人等。又，關節結構1的應用位置並不限於末端執行器E2的連結部，亦可應用於連桿彼此的連結部。

本實施形態的機器人R包括操作器RM、控制器RC、及驅動源M作為主要結構。操作器RM包括將多個連桿與連桿彼此連結的關節（接頭），是由伺服馬達驅動的多關節操作器。控制器RC是控制操作器RM的伺服馬達及驅動源M的控制裝置。

經由關節結構1而於操作器RM的前端的連桿E1連結有末端執行器E2。於該例中，連桿E1相當於圖1的（B）的第一部件11，末端執行器E2相當於圖1的（B）的第二部件12。驅動源M是用來驅動關節結構1的史都華平台的驅動機構140的裝置。驅動源M只要能夠進行拉伸線狀構件150的動作與將其送出的動作，則可為任意種類、結構，但需要能夠抵抗彈性構件160的彈性恢復力而變更腳130的有效長度的程度的拉伸力、以及能夠充分確保史都華平台及末端執行器E2的可動範圍的程度的衝程。例如，可使用馬達、油壓致動器、氣壓致動器等作為驅動源M。再者，可對各腳130分別設置獨立的驅動源M。

圖4及圖5的（A）～圖5的（D）表示關節結構1的詳細情況。圖4是關節結構1的立體圖，圖5的（A）是關節結構1的側面圖（本位），圖5的（B）是關節結構1的側面圖（z平移），圖5的（C）是關節結構1的側面圖（x平移），圖5的（D）是關節結構1的側面圖（旋轉）。於以下說明中，以第一構件110的法線（即連桿E1的軸方向）成為z軸的方式形成關節結構1的xyz座標系。

該關節結構1能夠利用史都華平台10對末端執行器E2的六種自由度的動作（x方向、y方向、z方向的平移以及繞x軸、繞y軸、繞z軸的旋轉）進行主動控制。

史都華平台10包括大致圓盤形狀的第一構件110與大致圓盤形狀的第二構件120經六支腳130連接而成的結構。六支腳130的結構共通。各腳130包括兩根桿131、桿132，桿131、桿132以自由彎曲的方式利用銷接頭133連結。基端側的桿131以於z方向自由滑動且繞z軸自由旋轉的方式由設置於第一構件110的貫通孔的滑動軸承111所支持。另一方面，前端側的桿132經由萬向接頭121連接於第二構件120，相對於第二構件120沿著任意方向自由旋轉。再者，桿132與第二構件120的連接亦可使用球接頭。

於桿131的基端側的端部安裝有具有可撓性的線狀構件150。於本實施形態中，使用金屬製線作為線狀構件150。但作為線狀構件150，亦可使用包含化學纖維或天然纖維的電纜（纜繩）。線狀構件150被拉出至關節結構1的外側，並連接於驅動源M。關節結構1與驅動源M之間的線狀構件150的路徑內至少成為曲線的部分的線狀構件150通過兩端的位置被固定的非伸縮性的未圖示的管中，於對線狀構件150施加張力的狀態下，根據驅動源M中的線狀構件150的位移，關節結構1中的線狀構件150發生位移。

又，於形成於桿131的下端（銷接頭133側的端部）的凸緣134與第一構件110之間，與桿131同心地設置有彈性構件160。於本實施形態中，使用盤簧（壓縮彈簧）作為彈性構件160。

控制器RC根據第二構件120的目標姿勢（相對於第一構件110的相對位置及角度）計算六支腳130應取的有效長度與對應於該有效長度的控制量（拉伸力、拉伸量等）。然後，控制器RC控制驅動源M分別調整六支腳130的有效長度後，第二構件120採取目標姿勢（位置、角度）。

此處，將六支腳130的有效長度設為LL1～LL6，將最大有效長度記作LLmax，將最小有效長度記作LLmin。圖5的（A）是LL1＝LL2＝LL3＝LL4＝LL5＝LL6＝LLmax的狀態、即將六支腳130全部設定為最大有效長度LLmax的狀態。於該情形時，第二構件120的xy面內的位移為0[mm]（即第二構件120的中心的xy座標為（0,0）），第二構件120的旋轉為0[deg]。此為標準狀態（本位）。如圖5的（B）所示，若於維持LL1＝LL2＝LL3＝LL4＝LL5＝LL6的狀態下將六支腳130的線狀構件150拉伸相同的量，則第二構件120於保持與xy面的平行的狀態下沿著z方向平移。又，若分別調整LL1～LL6的有效長度，則亦可如圖5的（C）所示般使第二構件120沿著x方向或y方向平移，或如圖5的（D）所示般使第二構件120旋轉。亦可將圖5的（A）～圖5的（D）的狀態加以組合，藉此可實現主動的六種自由度控制。

除了如所述的主動控制以外，本實施形態的關節結構1亦可進行跟隨外力的被動動作。例如，於圖5的（A）的狀態下，假定z方向（圖的向上方向）的力作用於第二構件120。於該情形時，於維持LL1＝LL2＝LL3＝LL4＝LL5＝LL6的狀態下提起六支腳130，第二構件120可如圖5的（B）的狀態般沿著z方向位移。或於圖5的（B）的狀態下，於x方向（圖的向左方向）的力作用於第二構件120的情形時，各腳130的有效長度跟隨該力而變化，第二構件120可如圖5的（C）的狀態般沿著x方向位移。或於圖5的（B的狀態下，於力矩作用於第二構件120的情形時，第二構件120可如圖5的（D）的狀態般旋轉。然後，若脫離外力，則彈性構件160的恢復力使各腳130的有效長度恢復為原來的狀態，第二構件120的姿勢（位置、角度）亦恢復為原來的狀態（「原來的狀態」是由驅動機構140的主動控制決定的有效長度或姿勢）。藉由此種軟體機構，末端執行器E2獨立於連桿E1而自由運動，可實現所謂的「柔性機器人」。

於本實施形態的關節結構1中，若以比彈性構件160的彈性恢復力足夠大的力向上拉伸全部線狀構件150，則彈性構件160完全失效，桿131的位置被固定。此時，成為LL1＝LL2＝LL3＝LL4＝LL5＝LL6＝LLmin，即六支腳130全部成為最小有效長度LLmin。於該狀態下，即便外力作用於第二構件120，第二構件120亦不容易活動。即，上述軟體機構被無效化，連桿E1與末端執行器E2如一個剛體般動作。藉由此種鎖定機構，可實現末端執行器E2獨立於連桿E1而自由運動的自由狀態、與末端執行器E2被固定於連桿E1的鎖定狀態的切換。

根據該結構，藉由利用驅動機構140改變史都華平台10的各腳130的有效長度，可實現連桿E1（第一部件）與末端執行器E2（第二部件）的相對位置、角度的主動的多自由度控制。並且，於外力作用於機器人R的情形時，腳130的有效長度彈性地變化，連桿E1與末端執行器E2的相對位置及/或角度跟隨外力而被動地變化。因此，能夠同時實現主動的多自由度控制與柔性。

又，根據本實施形態的驅動機構140，於線狀構件150的拉伸力與彈性構件160的彈性恢復力均衡的位置，桿131的滑動停止，腳130的有效長度穩定。根據此種結構，藉由調整線狀構件150的拉伸力，能夠簡單且精度良好地控制腳130的有效長度。

又，於本實施形態中，使線狀構件150的驅動源M與關節結構1不同體，且將其配置於關節結構1的外部，因此可將關節結構1本身緊湊且輕量地構成。

又，本實施形態的關節結構1包括鎖定機構，因此可切換剛性高的機器人（鎖定狀態）與柔性機器人（自由狀態）。例如，藉由根據機器人的動作或情景適當區分使用，可期待能夠實現機器人的應用範圍的擴大或有效率的運作。

又，於本實施形態的關節結構1中，利用相同構件構成驅動機構140、軟體機構及鎖定機構。藉此，可實現組件件數的減少，進而實現成本的降低以及裝置的小型化。

＜變化例＞ 所述實施形態僅例示性說明本發明的結構例。本發明不受所述具體形態所限定，可於其技術思想的範圍內進行各種變形。

於變化例1中，使用非線性彈簧部件作為彈性構件160。圖6是表示線性彈簧與非線性彈簧的特性的差異的曲線圖，橫軸表示位移（撓曲），縱軸表示荷重。線性彈簧的荷重與位移成正比例的關係，不論位移如何，剛性（彈簧常數）均為一定，與此相對，非線性彈簧表現出位移越大剛性（彈簧常數）越增大的特性。此種非線性特性例如可藉由使盤簧的線圈直徑不均、將盤簧的間距設為不等間隔、使盤簧的線徑不均等方法實現。

例如，可藉由驅動源M的控制，將自由狀態下的線狀構件150的延伸量如s1[mm]、s2[mm]、s3[mm]（s1＜s2＜s3）般多階段切換，而改變彈性構件160的位移。藉此，可控制自由狀態下的關節結構1的剛性（柔性）。例如，藉由根據機器人的動作或情景而以成為合適的剛性（柔性）的方式進行調整，可期待能夠實現機器人的應用範圍的擴大或有效率的運作。

圖7表示變化例2。變化例2的腳、驅動機構、及軟體機構的結構不同於所述實施形態。如圖7所示，各腳130包括桿50、供桿50以自由滑動的方式插入的缸構件51、設置於桿50的端部的活塞52、及配置於由活塞52與缸構件51形成的空間的彈性構件53。腳130與第一構件110之間、及腳130與第二構件120之間分別利用萬向接頭或球關節連接。用來驅動桿50的線狀構件150安裝於活塞52，通過缸構件51的內部及第一構件110的貫通孔，被拉出至關節結構1的外側。

於該結構中，若藉由驅動源M對線狀構件150施加拉伸力，則桿50被拉入缸構件51中，彈性構件53逐漸彈性變形（壓縮變形）。然後，於拉伸力與彈性構件53的彈性恢復力均衡的位置，桿50的滑動停止，腳130的有效長度穩定。根據該結構，亦對自驅動源M施加的線狀構件150的拉伸力進行調整，藉此能夠簡單且精度良好地控制腳130的有效長度。於該結構中，驅動源M亦可以確定線狀構件150的拉回長度的方式驅動線狀構件150。

又，彈性構件53亦發揮作為軟體機構的作用。例如，若外力沿著與線狀構件150的拉伸力相同的方向作用，則拉伸力與外力的合力使彈性構件53進一步壓縮變形，腳130的有效長度發生變化。然後，若外力消失，則腳130的有效長度恢復至與拉伸力均衡的位置或與線狀構件150的被確定的拉回長度相對應的位置。

圖8表示變化例3。變化例3的腳、驅動機構、及軟體機構的結構不同於所述實施形態。如圖8所示，各腳130包括桿60、及使桿60沿著腳130的有效長度方向移動的氣壓致動器（亦稱為氣缸）61。腳130與第一構件110之間、及腳130與第二構件120之間分別利用萬向接頭連接。

於氣壓致動器61設置有用以對氣壓致動器61進行壓縮性流體（例如空氣）的供給/排出的兩根管62。該些管62可被拉出至關節結構1的外側，並連接於與關節結構1分開設置的驅動源M。如上所述，藉由使致動器的驅動源M與關節結構1不同體，且將其配置於關節結構1的外部，可將關節結構1本身緊湊且輕量地構成。

於該結構中，若藉由驅動源M（例如壓縮機、泵等）將流體導入氣壓致動器61的第一室611，則第一室611與第二室612的差壓使桿60向第二室612側移動。反之，若將流體導入第二室612，則可使桿60向第一室611側移動。藉此，能夠簡單且精度良好地控制腳130的有效長度。

於該結構中，氣壓致動器61內的壓縮性流體亦發揮作為軟體機構的作用。例如，若外力沿著壓入桿60的方向作用，則氣壓致動器61內部的壓縮性流體彈性壓縮或彈性膨脹，腳130的有效長度發生變化。然後，若外力消失，則壓縮或膨脹的壓縮性流體復原，腳130的有效長度恢復為原來的狀態。

圖9表示變化例4。變化例4為鎖定機構的變化例。鎖定機構大致包括設置於第一構件110的第一鎖定片70、及設置於第二構件120的第二鎖定片71。其結構為藉由縮短腳130的有效長度，使第一鎖定片70與第二鎖定片71扣合，來實現第一構件110與第二構件120之間的固定。

此處，亦可於第一鎖定片70與第二鎖定片71中的一者設置凸部，於另一者設置凹部，製成凸部與凹部嵌合的結構。藉由此種嵌合方式可提高鎖定狀態下的固定力。又，亦可實現鎖定狀態下的第一構件110與第二構件120之間的相對定位。於圖9的例中，設置有半球形狀的凸部與圓錐形狀的凹部。根據該結構，可使凸部與凹部以任意角度接觸，因此可以使第二構件120相對於第一構件110傾斜的姿勢鎖定。

＜附註1＞ （1）一種關節結構，為將機器人的第一部件（11）與第二部件（12）之間連結的關節結構（1），其特徵在於，包括： 史都華平台（10），能夠控制所述第二部件（12）相對於所述第一部件（11）的相對位置及/或角度， 所述史都華平台（10）包括： 第一構件（110），接合於所述第一部件（11）； 第二構件（120），接合於所述第二部件（12）； 多支腳（130），將所述第一構件（110）與所述第二構件（120）連接； 驅動機構（140），為了改變所述第二構件（120）相對於所述第一構件（110）的相對位置及/或角度，而改變各腳（130）的有效長度；及 軟體機構（160），於外力作用於所述第二構件（120）的情形時，彈性地改變所述腳（130）的有效長度，於脫離所述外力的情形時，恢復所述腳（130）的有效長度。

1:關節結構 10:史都華平台 11:第一部件 12:第二部件 50、60、131、132:桿 51:缸構件 52:活塞 53、160:彈性構件 61:氣壓致動器 62:管 70:第一鎖定片 71:第二鎖定片 110:第一構件 111:軸承 120:第二構件 121:萬向接頭 130:腳 133:銷接頭 134:凸緣 140:驅動機構 150:線狀構件 611:第一室 612:第二室 E1:連桿 E2:末端執行器 M:驅動源 R:機器人 RM:操作器 RC:控制器

圖1的（A）及圖1的（B）是包括史都華平台的關節結構的示意圖。 圖2是表示外力作用時的動作的圖。 圖3是表示機器人的整體結構的示意圖。 圖4是關節結構的立體圖。 圖5的（A）是關節結構的側面圖（本位），圖5的（B）是關節結構的側面圖（z平移），圖5的（C）是關節結構的側面圖（x平移），圖5的（D）是關節結構的側面圖（旋轉）。 圖6是表示變化例1所使用的非線性彈簧的特性的圖。 圖7是表示變化例2的圖。 圖8是表示變化例3的圖。 圖9是表示變化例4的圖。

1:關節結構

10:史都華平台

110:第一構件

111:軸承

120:第二構件

121:萬向接頭

130:腳

131、132:桿

133:銷接頭

134:凸緣

150:線狀構件

160:彈性構件

E1:連桿

E2:末端執行器

Claims (12)

1. 一種關節結構，將機器人的操作器的第一部件與第二部件之間連結，其特徵在於，包括： 史都華平台，能夠控制所述第二部件相對於所述第一部件的相對位置及/或角度， 所述史都華平台包括： 第一構件，接合於所述第一部件； 第二構件，接合於所述第二部件； 多支腳，將所述第一構件與所述第二構件連接； 驅動機構，為了改變所述第二構件相對於所述第一構件的相對位置及/或角度而改變各腳的有效長度；及 軟體機構，於外力作用於所述第二構件的情形時，彈性地改變所述腳的有效長度，於脫離所述外力的情形時，恢復所述腳的有效長度。
2. 如請求項1所述的關節結構，其中所述腳包括桿，所述桿以自由滑動的方式由支持體所支持，藉由滑動來改變所述腳的有效長度， 所述驅動機構包括： 線狀構件，安裝於所述桿，具有可撓性；及 彈性構件，若拉伸所述線狀構件使所述桿滑動，則發生彈性變形，產生抵抗所述線狀構件的拉伸力的彈性恢復力。
3. 如請求項2所述的關節結構，其中所述彈性構件兼作所述軟體機構。
4. 如請求項3所述的關節結構，其中所述彈性構件包括非線性彈簧部件， 藉由利用所述線狀構件的拉伸量改變所述彈性構件的變形量，所述軟體機構的剛性可變。
5. 如請求項2所述的關節結構，其中所述支持體為設置於所述第一構件的軸承。
6. 如請求項2所述的關節結構，其中所述支持體為缸構件，所述缸構件設置於所述腳，供所述桿以自由滑動的方式插入。
7. 如請求項2所述的關節結構，其中將所述線狀構件的端部拉出至所述關節結構的外側，並連接於與所述關節結構分開設置的驅動源。
8. 如請求項1所述的關節結構，其中所述腳包括桿，所述桿藉由沿著長度方向移動來改變所述腳的有效長度， 所述驅動機構為藉由壓縮性流體使所述桿沿著其長度方向移動的致動器。
9. 如請求項8所述的關節結構，其中所述致動器的所述壓縮性流體兼作所述軟體機構。
10. 如請求項8所述的關節結構，其中所述致動器為氣缸。
11. 如請求項8所述的關節結構，其中將用以對所述致動器進行所述壓縮性流體的供給/排出的管拉出至所述關節結構的外側，並連接於與所述關節結構分開設置的驅動源。
12. 如請求項1至請求項11中任一項所述的關節結構，進而包括鎖定機構，所述鎖定機構進行所述第二部件獨立於所述第一部件而自由運動的自由狀態、與所述第二部件被固定於所述第一部件的鎖定狀態的切換。

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