WO2013114646A1 - 非干渉機構および可変インピーダンス機構 - Google Patents

Abstract

　人と接してはたらくロボットに最適なアクチュエータとして、衝突に対して頑健で容積効率の優れたアクチュエータを提供する。２つの軸（１２９、１２８）が共通のピニオン（１３０）に対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（１２８、１２９、１３０、ならびに、１３０、１３２、１３３）、共通のリテーナ（１３１）が該機構のすべてのピニオン（１３０）を回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構であって、力学的基準となるＧＮＤ軸（１３３）、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸（１２８）、出力側の力学的基準となるＳ軸（１３４）、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸（１２７）を具備する回転非干渉機構、ならびに、緩衝装置（１３５、１３６、１３７、１３８）からなり、ＧＮＤ軸（１３３）ならびにＩ軸（１２８）の回転を、該緩衝装置によって制限した可変インピーダンス機構を提供する。

Description

非干渉機構および可変インピーダンス機構

　直動または回転の影響を受けることなく動力を伝達する非干渉機構、ならびに、回転型の非干渉機構を利用することで軸の機械的インピーダンスを任意に調整できる可変インピーダンス機構に関する。

　ロボットハンド、医療用ロボット鉗子、パワーアシスト装置など、容積効率の高い動力装置が求められる用途において、関節の回転に影響を受けることなく動力を伝達することができる非干渉機構が考案されている。

　非干渉機構には、遊星歯車を用いたもの（文献１）が公知であり、差動歯車を用いたもの（文献２）も発明されているが、発明者は、これらが直動型の非干渉機構に一般化できることを発見し、これを発明した。さらに、各種非干渉機構を直列に接続し、多自由度の非干渉駆動を実現した多軸機構を発明した。

　一方、前記遊星型あるいは差動型の回転非干渉機構は、これを軸継手として利用するとき、入出力軸間に加わるトルクを任意に授受する装置として利用できるが、この点に着目した発明がなかった。そこで、関連発明として、可変インピーダンスモータを発明した。

　可変インピーダンスモータが求められる背景としては、介護、医療、製造など、ロボットが人と接してはたらく分野において、柔軟で衝撃に強く、安全なアクチュエータが求められている点が挙げられる。

　従来、アクチュエータの柔軟性を実現する方法としては力制御が知られているが、減速機の慣性質量の影響から、衝撃状の高周波入力に対して十分な応答ができず、減速機が破損してしまう問題があった。一方、モータと直列に弾性要素を接続し、受動的に柔軟性を実現する方法（文献３）も有名であるが、機構上、無限回転が困難であり、汎用性や設計性の点でも難点があり、広く採用されるには至っていない。

ＷＯ２００４／０８３６８０ 特許４９８１９８６ 米国特許５６５０７０４号公報

　以上の問題を鑑み、人と接してはたらくロボットに最適なアクチュエータとして、衝突に対して頑健で容積効率の優れたアクチュエータを実現することが、本発明の課題である。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る直動非干渉機構は、２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組備えている。この直動非干渉機構において、共通のリテーナが、該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ、同時に並進するように保持している。

　上記構成において、共通のピニオンに接しないラックの間に付加した力は、残るラックの間に伝達され、この力は、共通のピニオンに接するラックの間に付加した力と関係なく伝達される。

　前記直動非干渉機構は、２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする機構であってもよい。この構成では、同時に２以上の動力を伝達することができる。

　さらに、前記直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、各機構から１つずつ任意に選択したラックを固定結合し、該ラックと異なるピニオンに接するラックを各機構から１つずつ任意に選択し、これを可動結合することを特徴とする、該１番目の機構、すなわち、前記直動非干渉機構であってもよく、この構成においては、２次元の変位を有する２点間に力を伝達することができる。

　前記直動非干渉機構は、構造的にも力学的にも対称であるため、入力側の力学的基準となるラックを任意に選択すれば、力を入力するラック、力を出力するラック、出力側の力学的基準となるラックは力学的関係から従属的に定まる。したがって、各ラックの機能を定めるには、上記構成のように、各機構から１つずつ任意に選択したラックを固定結合すれば十分である。

　干渉型の機構を駆動せざるを得ない場合は、前記直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、１番目の機構から１つのラックを任意に選択し、これを力学的に接地し、該ラックと共通のピニオンに接するラックを１番目の駆動ラックとし、これと異なるピニオンに接する任意のラックを２番目の駆動ラックとし、２番目の駆動ラックと共通のピニオンに接するラックと、２番目の機構から任意に選択したラックとを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該２番目の機構のラックと共通のピニオンに接するラックを基準ラックとし、これを力学的に接地することを特徴とする、前記直動非干渉機構であってもよい。

　この機構は、直動部分の移動距離が、自由度を経るにつれて累積するように動くため、これによって干渉型の機構を非干渉駆動することができる。

　３軸以上の干渉機構を非干渉駆動したい場合は、前記基準ラックと共通のピニオンに接しない任意のラックと、新しく設けた３番目の機構、すなわち、前記請求項１記載の直動非干渉機構から任意に選んだラックとを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該３番目の機構のラックと共通のピニオンに接するラックを新しい基準ラックとし、これを力学的に接地する方法により、これを再帰的に適用し、複数の直動非干渉機構を接続することを特徴とする、前記直動非干渉機構を利用することができる。

　以上の直動型非干渉機構は、別の一形態である、ラックとピニオンがラック・アンド・ピニオン機構をなし、リテーナが該ピニオンを回転自在に保持するとともに並進させることを特徴とする機構を２組備え、共通の幅広ラックが該機構のすべてのピニオンとラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする直動非干渉機構であってもよい。

　回転運動については、２つの軸が共通のピニオンに対して差動機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする差動型回転非干渉機構（第１の差動型回転非干渉機構とする）を利用することができる。

　これによって、回転角に関係なく、一定の動力を伝達することができる。２以上の動力を同時に伝達したい場合は、２つの軸が共通のピニオンに対して差動機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする、前記差動型回転非干渉機構を利用すればよい。

　回転非干渉機構の別の一形態として、ピニオンが軸と接して遊星回転し、リテーナが該ピニオンの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の太軸が該機構のすべてのピニオンと接して差動機構をなすことを特徴とする差動型回転非干渉機構（第２の差動型回転非干渉機構とする）を利用してもよい。

　多軸の回転について非干渉機構を得たい場合は、下記の(1)～(6)のいずれかであって、力学的基準となるＧＮＤ軸、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸、出力側の力学的基準となるＳ軸、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸を具備する回転非干渉機構を複数接続した機構であって、１番目の回転非干渉機構のＳ軸ならびにＯ軸を、２番目の回転非干渉機構のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを再帰的に適用して得られる多自由度回転非干渉機構を利用すればよい。

 　(1)２つの軸が共通のピニオンに対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(2)ピニオンが軸と接して遊星回転し、リテーナが該ピニオンの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべてのピニオンと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(3)２つの軸が段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべての段ギヤを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(4)段ギヤが軸と接して遊星回転し、リテーナが該段ギヤの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべての段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(5)前記第１の差動型回転非干渉機構
　(6)前記第２の差動型回転非干渉機構

　前記回転非干渉機構は、前記ＧＮＤ軸、Ｉ軸、Ｓ軸、Ｏ軸を具備する回転非干渉機構、ならびに、緩衝装置を備え、ＧＮＤ軸ならびにＩ軸の回転を、該緩衝装置によって制限した可変インピーダンス機構として利用することもできる。

　この場合、Ｓ軸ならびにＯ軸の間に加わるトルクは、たとえそれが無限回転する状態であっても、ＧＮＤ軸ならびにＩ軸の間に加わるトルクとして表出するため、前記緩衝装置を適当に調整することで、入出力軸間の機械的インピーダンスも調整することができる。

　可変インピーダンス機構の形態は、前記緩衝装置の形態により、下記の(1)または(2)であってよく、前記ラックは、前記直動緩衝装置の荷重限界以下の荷重においてかみ合いが外れる有効長に制限され、過大入力に対して前記Ｉ軸が空転することでトルクリミッタとして機能することを特徴とする前記可変インピーダンス機構であってもよい。また、前記直動緩衝装置と直列に力センサを配置することによって、トルク計として機能することを特徴とする前記可変インピーダンス機構であってもよい。

　(1)前記ＧＮＤ軸およびＩ軸が突起を具備し、前記緩衝装置が該突起間に円周力を発揮する円周型緩衝装置であることを特徴とする前記可変インピーダンス機構
　(2)前記緩衝装置が、前記Ｉ軸と直接、または、動力伝達系を介して１以上のラックと接し、該ラックが、前記ＧＮＤ軸と一体の保持体により摺動自在に保持され、前記緩衝装置が、該ラックと該保持体との間に直動力を発揮する直動緩衝装置であることを特徴とする前記可変インピーダンス機構

　以上の可変インピーダンス機構を利用すれば、前記可変インピーダンス機構を具備し、前記Ｓ軸またはＯ軸に、直接または減速機を介して回転型アクチュエータを結合し、残りの軸を出力軸とすることを特徴とする可変インピーダンスモータを構成することができ、前記可変インピーダンスモータを具備し、前記出力軸に、角度、角速度、角加速度の少なくとも１つが計測可能な角度計を結合した可変インピーダンスサーボモータを構成することができる。

　上記、直動型、回転型、多自由度型の非干渉機構を適宜組み合わせれば、動力源を直接配置することが難しい場合に有効な動力伝達系として利用することができる。すなわち、ロボットの関節等、直動や回転を伴う機構を経由して、それらの運動状態に関係なく、一定の動力を伝達することができるようになるため、動力源のレイアウトが自在となり、本発明が課題とする、衝突に対して頑健で容積効率の優れたアクチュエータに関し、容積効率を高める点で効果がある。

　一方、可変インピーダンスを利用すれば、衝撃や高周波入力に対して有効な駆動が可能となるため、本発明が課題とする、衝突に対して頑健で容積効率の優れたアクチュエータに関し、衝突に対して頑健とする点で効果がある。さらに、柔軟性が必要な用途に場合によく利用される空気圧アクチュエータと比較して、周波数特性や位置決め精度が優れる上、騒音や蓄熱の激しい空気圧コンプレッサを利用する必要がないため、家庭用ロボットや移動型ロボットのアクチュエータとして最適である。また、回転型のアクチュエータであるため、従来のサーボモータと容易に置換でき、設計性や汎用性が高く、人と接してはたらくロボットに最適なアクチュエータとして広く利用されることが期待できる。

直動非干渉機構を示した図である。 遊星型回転非干渉機構を示した図（４分の３）である。 差動型回転非干渉機構を示した図（４分の３）である。 回転非干渉機構の類型を示した図である。 回転非干渉機構の軸配置の類型を示した図である。 非干渉機構の複列化を示した図である。 回転非干渉機構の直列化を示した図記号である。 非干渉型多軸アクチュエータの例を示した図記号である。 直動非干渉機構の直列化を示した図である。 可変インピーダンス機構の類型を示した図記号である。 円周型緩衝装置を示した図である。 ラック型緩衝装置のラック保持類型を示した図である。 ラック保持方法を示した図である。 トルク制限方法を示した図である。 力センサの配置方法を示した図記号である。 可変インピーダンスモータの構成を示した図記号である。 医療用マニピュレータの実施例である（実施例１）。 差動型回転非干渉機構の実施例である（実施例２）。 非干渉型２軸ロボットアームの実施例である（実施例３）。 非干渉型３軸アクチュエータの断面図である（実施例４）。 可変インピーダンス機構の実施例である（実施例５）。

　図１は、２つのラック（３、４）が、共通のピニオン（２）に対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組（２、３、４、ならびに、５、６、７）備え、共通のリテーナ（１）が、該機構のすべてのピニオン（２，５）を回転自在かつ、同時に並進するように保持することを特徴とする直動非干渉機構を示すものである。

　ラック３を基準としてラック６に力を加えるものとし、この状態で静的に力が釣り合うとき、ピニオンにはたらく力は図１に示した通りである。すなわち、作用・反作用の関係により、ラック３，６には互いに逆向きの力Fが加わり、ピニオン２のつり合いの条件から、ラック４およびリテーナ１から、それぞれF、２Fの大きさの力を受ける必要がある。ピニオン５についても同様の関係が成り立つため、ラック４、７の間には互いに逆向きの力Fが加わる。これは、作用・反作用の関係を意味するため、結局、ラック４を基準にしてラック７に力が伝達される。

　このとき、機能的観点から、入力側の力学的基準となるラックを入力側基準ラック、力を入力するラックを入力側駆動ラック、出力側の力学的基準となるラックを出力側基準ラック、力を出力するラックを出力側駆動ラックと称すれば、順に、ラック３，６，４，７がこれに相当する。

　上記釣り合いの状態において、ラック３とラック４との間、ラック６とラック７との間、またはラック３とリテーナ１との間に力を加えても前記釣り合い状態に影響を与えないため、前記力Ｆとこれらの力は互いに干渉しない。

　構造的対称性と力の釣り合い条件から明らかなように、入力側基準ラックは、ラック３，４，６，７の中から任意に選択することができ、入力側基準ラックと同じピニオンに接しないラックの中から、入力側駆動ラックを任意に選択することができる。出力側基準ラックは、残りのラックのいずれであってもよく、したがって、出力側駆動ラックは従属的に定まる。

　ピニオン２，５は異径でもよく、ピニオン２，５とリテーナ１の組は２以上あってもよい。ラックは、ピニオンと接触する箇所において近似的にラック・アンド・ピニオン機構をなす限り、棒材である必要はなく、任意の形状でよい。さらに、出力側基準ラックと出力側駆動ラックは、相対的な位置関係を保ちながら、ピニオンの回転軸を中心に公転してもよい。

　ラックの形状は任意でよいから、前記直動型非干渉機構の特殊な形態として、回転型の非干渉機構を導くことができる。例えば、ラック３，４，６，７がすべて棒状でかつ平行である状態を基準として、ピニオンの回転面上で該ラックと垂直をなすいずれかの方向をとり、該ラックの両端を該方向に押して、該ラックを押し並べて同じ曲率で変形させ、最後に両端を結合する方法により輪状の軸とすれば、遊星型の回転非干渉機構が得られる。

　図２は、２つの軸（１０，１１）が共通のピニオン（９）に対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組（９，１０，１１、ならびに、１２，１３，１４）備え、共通のリテーナ（８）が該機構のすべてのピニオン（９，１２）を回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする該遊星型回転非干渉機構（４分の３断面図）を示す。リテーナ８、ピニオン９、１２、軸１０、１１、１３、１４は、それぞれ、リテーナ１、ピニオン２、５、ラック３，４，６，７に対応する。

　直動型非干渉機構と同様の原理により、軸１０を基準として軸１３に加えたトルクは、軸１１を基準として軸１４に伝達される。ただし、遊星機構の原理上、動力伝達に際して増減速が伴う。

　一方、ラック３，４，６，７がすべて棒状でかつ平行である状態を基準として、ラックの摺動面上で該ラックと垂直をなすいずれかの方向をとり、該ラックの両端を該方向に押して、該ラックを押し並べて同じ曲率で変形させ、最後に両端を結合する方法により輪状の軸とすれば、差動型の回転非干渉機構が得られる。

　図３は、２つの軸（１７，１８）が共通のピニオン（１６）に対して差動機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（１６，１７，１８，ならびに、１９，２０，２１）、共通のリテーナ（１５）が該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする該差動型回転非干渉機構（４分の３断面図）を示す。リテーナ１５、ピニオン１６、１９，軸１７、１８、２０、２１は、それぞれ、リテーナ１、ピニオン２および５、ラック３，４，６，７に対応する。

　直動型非干渉機構と同様の原理により、軸１７を基準として軸２０に加えたトルクは、軸１８を基準として軸２１に伝達される。差動型の場合、増減速は伴わない。

　さて、前記直動型非干渉機構、遊星型回転非干渉機構、差動型回転非干渉機構を、それぞれ、図４（i）～（iii）のような図記号で表現するとき、直動型非干渉機構の別の形態として、図４（iv）に示すように、ラック（３）とピニオン（２）がラック・アンド・ピニオン機構をなし、リテーナ（１ａ）が該ピニオン（２）を回転自在に保持するとともに並進させることを特徴とする機構を２組備え（１ａ、２，３、ならびに、１ｂ、５，６）、共通の幅広ラック（２２）が該機構のすべてのピニオン（２，５）とラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする直動非干渉機構を利用することができる。この場合、リテーナ（１ａならびに１ｂ）の並進運動が減速されることに注意すれば、リテーナ１ａ、１ｂの運動は、ラック４，７の運動に対応する。

　前記別形態の直動型非干渉機構において、ラック３，６，ならびに、リテーナ１ａ、１ｂ（リテーナは、ピニオンに並進力を与えるために、ピニオンを保持する軸と一体のラック状の基体を備えていても良い）がすべて棒状でかつ平行である状態を基準として、ピニオンの回転面上で該ラックと垂直をなすいずれかの方向をとり、該ラックならびに該リテーナの基体の両端を該方向に押して、該ラックならびに該基体を押し並べて同じ曲率で変形させ、最後に両端を結合する方法により輪状の軸とすれば、別形態の遊星型回転非干渉機構が得られる。

　図４（v）は、ピニオン（９）が軸（１０）と接して遊星回転し、リテーナ（８ａ）が該ピニオン（９）の自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え（８ａ、９、１０、ならびに、８ｂ、１２，１３）、共通の長軸（２３）が該機構のすべてのピニオン（９，１２）と接して遊星機構をなすことを特徴とする該別形態の遊星型回転非干渉機構を示す。該別形態の遊星型回転非干渉機構に、図４（vi）に示すように、ピニオン（９）が軸（１１）と接して遊星回転し、リテーナ（８ａ）が該ピニオン（９）の自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え（８ａ、９、１１、ならびに、８ｂ、１２，１４）、共通の長軸（２４）が該機構のすべてのピニオン（９，１２）と接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構が含まれることは、構造的対称性から明らかである。

　一方、ラック３，６，ならびに、リテーナ１ａ、１ｂ（リテーナは、ピニオンに並進力を与えるために、ピニオンを保持する軸と一体のラック状の基体を備えていても良い）がすべて棒状でかつ平行である状態を基準として、該ラックの摺動面上で該ラックと垂直をなすいずれかの方向をとり、該ラックならびに該リテーナの基体の両端を該方向に押して、該ラックならびに該基体を押し並べて同じ曲率で変形させ、最後に両端を結合する方法により輪状の軸とすれば、別形態の差動型回転非干渉機構が得られる。

　図４（vii）は、ピニオン（１６）が軸（１７）と接して遊星回転し、リテーナ（１５ａ）が該ピニオン（１６）の自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え（１５ａ、１６、１７，ならびに、１５ｂ、１９、２０）、共通の太軸（２５）が該機構のすべてのピニオン（１６、１９）と接して差動機構をなすことを特徴とする該別形態の差動型回転非干渉機構を示す。

　製造上、内歯車を嫌う場合は、図４（viii）に示すように、２つの軸（２８、２９）が段ギヤ（２７）と接して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（２７，２８，２９、ならびに、３０、３１、３２）、共通のリテーナ（２６）が該機構のすべての段ギヤ（２７、３０）を回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構、または、図４（ix）に示すように、段ギヤ（２７）が軸（２８）と接して遊星回転し、リテーナ（２６ａ）が該段ギヤ（２７）の自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え（２６ａ、２７、２８、ならびに、２６ｂ、３０、３１）、共通の長軸（３３）が該機構のすべての段ギヤ（２７、３０）と接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構を利用することができる。

　内歯車を用いた遊星歯車と段ギヤを用いた遊星歯車は等価であるから、図（ii）と図（viii）または（ix）を比較すると、軸１０，１１，１３，１４、ピニオン９，１２、リテーナ８の働きは、それぞれ、軸２９，２８，３２，３１、段ギヤ２７，３０、リテーナ２６、または、リテーナ２６ａ，軸２８，リテーナ２６ｂ、軸３１、段ギヤ２７，３０、軸３３と対応することが明らかである。また、差動型の非干渉機構において直交軸ギヤを平行軸ギヤに置換したい場合は、自動車のディファレンシャルに多見されるように、サイドギヤをスパーギヤに置換し、ピニオンギヤを２つ１組の小スパーギヤに置換する構成にすればよい。ただし、いずれの場合も減速比が変化する点に注意する必要がある。

　図４に示したいずれの回転機構も、軸の機能に着目した場合、入力側の力学的基準となる軸（ＧＮＤで表す）、トルクが入力される軸（Ｉで表す）、出力側の力学的基準となる軸（Ｓで表す）、トルクが出力される軸（Ｏで表す）を持つ点で共通しているため、力学的基準となるＧＮＤ軸、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸、出力側の力学的基準となるＳ軸、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸を具備する回転非干渉機構（３４）として一般化することができる（図５）。この場合、軸が１２通りの配置を取り得ることは、数学的関係から明らかである。

　一般的に、非干渉機構は、ＧＮＤ軸とＩ軸、ならびに、Ｓ軸とＯ軸をそれぞれ固定した状態で自由回転できることが少なくとも必要であるため、一般化された各機構が１２通りすべての軸配置を取りうるわけではない。ただし、前記差動型回転非干渉機構（図４iiiに図示）はいずれの類型でも非干渉機構として機能するため、該機構と可換であることを前提とすれば、前記１２通りの配置は任意に実現できると言える。

　ところで、伝達する動力の自由度を増やしたい場合は非干渉機構を複列化すればよい。例えば、図６（i）のように、２つのラック（３，４）が、共通のピニオン（２）に対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（２，３，４、ならびに、５，６，７）、共通のリテーナ（１）が、該機構のすべてのピニオン（２，５）を回転自在かつ、同時に並進するように保持することを特徴とする直動非干渉機構について、２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする、前記直動非干渉機構が利用できる。

　この構成の場合、入力側基準ラックはすべてのラックの中から任意に選択することができ、該入力側基準ラックと共通のピニオンに接するラックを出力側基準ラックとすればよい。入力側駆動ラックは、残りのラックから、共通のピニオンに接しないよう任意に選択することができ、出力側駆動ラックは、該入力側駆動ラックとそれぞれ共通のピニオンに接するラックとすればよい。

　この複列化した機構についても、前記方法により遊星型と差動型の回転非干渉機構を得ることができる。例えば、差動型の場合、図６（iii）に示すように、２つの軸（１７，１８）が共通のピニオン（１６）に対して差動機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（１６，１７，１８，ならびに、１９，２０，２１）、共通のリテーナ（１５）が該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする差動型回転非干渉機構について、２つの軸が共通のピニオンに対して差動機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする、前記差動型回転非干渉機構を構成することができる。

　複列化した遊星型回転非干渉機構、ならびに、上記複列化した差動型回転非干渉機構（図６ii、iiiに図示）の機構を構成する軸は、機能的には、前記ＧＮＤ軸、Ｉ軸、Ｓ軸、Ｏ軸のいずれかに分類されるため、図５の表記に基づいて、それぞれ、図６（iv）、（v）のように、ＧＮＤ軸とＳ軸を備える遊星機構１つと、Ｉ軸とＯ軸を備える遊星機構複数とを備える遊星型回転非干渉機構３７、または、ＧＮＤ軸とＳ軸を備える差動機構１つと、Ｉ軸とＯ軸を備える差動機構複数とを備える差動型回転非干渉機構３８として一般的に表現できる。軸のトポロジーは両者で等しいため、図６（vi）のように、ＧＮＤ軸とＳ軸の組１つと、Ｉ軸とＯ軸の組複数とを備える回転型非干渉機構３９として、さらに一般的に表現することもできる。

　以上の説明によって非干渉機構が十分に抽象化されたため、各種非干渉機構を組み合わせて種々の機構を構成することは容易である。具体的には、下記の(1)～(6)のいずれかであって、力学的基準となるＧＮＤ軸、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸、出力側の力学的基準となるＳ軸、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸を具備する回転非干渉機構を複数接続した機構であって、１番目の回転非干渉機構のＳ軸ならびにＯ軸を、２番目の回転非干渉機構のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを再帰的に適用して得られる多自由度回転非干渉機構を構成すればよい。

　 (1)２つの軸が共通のピニオンに対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(2)ピニオンが軸と接して遊星回転し、リテーナが該ピニオンの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべてのピニオンと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(3)２つの軸が段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべての段ギヤを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(4)段ギヤが軸と接して遊星回転し、リテーナが該段ギヤの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべての段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
　(5)前記第１の差動型回転非干渉機構
　(6)前記第２の差動型回転非干渉機構

　図７（i）は、前記差動型回転非干渉機構である１番目の回転非干渉機構（３８）のＳ軸ならびにＯ軸を、前記差動型回転非干渉機構である２番目の回転非干渉機構（３８）のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを１回適用して得られた２自由度回転非干渉機構の例である。

　図７（ii）は、前記遊星型回転非干渉機構である１番目の回転非干渉機構（３７）のＳ軸ならびにＯ軸を、前記遊星型回転非干渉機構である２番目の回転非干渉機構（３７）のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを１回適用して得られた２自由度回転非干渉機構の例である。

　図７（iii）は、前記差動型回転非干渉機構である１番目の回転非干渉機構（３８）のＳ軸ならびにＯ軸を、前記差動型回転非干渉機構である２番目の回転非干渉機構（３８）のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを２回適用して得られた３自由度回転非干渉機構の例である。図７（iv）は、該２番目の回転非干渉機構の軸配置を転換して、３軸の回転軸が１点で交わる球関節となるように構成した非干渉機構の例である。

　多自由度回転非干渉機構を多軸アクチュエータとして利用したい場合は、ＧＮＤ軸とＳ軸の間に駆動力を加えれば良い。例えば図８（i）のように、回転非干渉機構３９のＳ軸に固定されたブラケット４０に保持される回転軸４１をＯ軸と接続し、ＧＮＤ軸とＳ軸、ならびに、ＧＮＤとＩ軸の間に駆動力を加えれば、２軸の非干渉型アクチュエータとして利用することができる。

　同様に図８（ii）のように、複列化した非干渉機構３９aの２つのＯ軸を２番目の非干渉機構３９ｂのＩ軸およびＳ軸と可動結合し、３９aのＳ軸に固定したブラケット４２を３９ｂのＧＮＤ軸と固定結合し、３９ｂのＳ軸に固定したブラケット４３に保持される回転軸４４を３９ｂのＯ軸に可動結合し、３９aのＧＮＤ軸とＳ軸、ならびにＧＮＤ軸と各Ｉ軸との間をそれぞれ駆動すれば、３軸の非干渉型アクチュエータが得られる。

　直動型の非干渉機構についても同様に、例えば図９のように、２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが、該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ、同時に並進するように保持することを特徴とする直動非干渉機構について、該直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、各機構から１つずつ任意に選択したラックを固定結合（４７）し、該ラックと異なるピニオンに接するラックを各機構から１つずつ任意に選択し、これを可動結合することを特徴とする直動非干渉機構を利用すれば、多自由度の機構を得ることができる。

　さて、図１０（i）または（ii）に示すように、前記ＧＮＤ軸、Ｉ軸、Ｓ軸、Ｏ軸を具備する前記回転非干渉機構（３４）、ならびに、緩衝装置（５０）を備え、ＧＮＤ軸ならびにＩ軸の回転を、該緩衝装置（５０）によって制限した可変インピーダンス機構を構成するとき、非干渉機構の力学的性質から明らかなように、Ｓ軸およびＯ軸の間に加わるトルクは、緩衝装置（５０）に加わるトルクに比例する（差動型の場合は等しくなる）。すなわち入出力軸間の機械的インピーダンスは、それが無限回転する状態であっても、緩衝装置（５０）の機械的インピーダンスによって調整することができる。この機構を可変インピーダンス機構と称する。

　緩衝装置５０は、Ｉ軸とＧＮＤ軸の間に加わるトルクに対して受動的または能動的に反発力を発揮し、望ましいばね定数と減衰係数を実現するバネ-ダンパ装置、または、Ｉ軸とＧＮＤ軸との間に加わるトルクを一過的に吸収する緩衝装置などであれば、どのような形態であってもよく、摩擦クラッチ、ビスカスカップリング、電気粘性流体揺動ダンパ、電動機、電磁クラッチ、静電アクチュエータ、その他回転型バネ-ダンパ装置等、いずれであってもよい。ただし、緩衝装置５０は、単にバックラッシを除去するための目的で使用されるものではなく、Ｉ軸とＧＮＤ軸の間に十分なトルクを発生させるものあることが必要である。

　特にバネ-ダンパ装置を用いるものには、図１１（i）に示すように、前記ＧＮＤ軸（５２）およびＩ軸（５１）が突起を具備し、前記緩衝装置（５３）が該突起間に円周力を発揮する円周型緩衝装置であることを特徴とする前記可変インピーダンス機構を用いることができる。

　この場合の円周型緩衝装置５３は、突起５２ａおよび突起５１ａに両端を保持されるバネ５４（ii）、突起５２ａおよび突起５１ａに両端を回転自在に保持されるダンパ５５（iii）、突起５２ａに可動結合されたバネ座５７と、突起５１ａとに両端を保持された非線形ばね５６を対向させた機構であって、バネ座５７が非線形ばね５６を圧縮する手段を備え、前記圧縮によりバネ定数が可変な装置（iv）、突起５２ａおよび突起５１ａに両端を回転自在に保持され、減衰係数を調節する手段５８を具備する可変ダンパ５７（v）等のいずれであってもよく、いずれかを併用してもよい。

　入出力軸間のねじれ角が大きくなる場合や線形特性が必要な場合は、図１２（i）から（iii）に示すように、前記緩衝装置が、前記Ｉ軸（５１）と直接、または、動力伝達系（６０）を介して１以上のラック（５９）と接し、該ラック（５９）が、前記ＧＮＤ軸（５２）と一体の保持体により摺動自在に保持され、前記緩衝装置が、該ラックと該ＧＮＤ軸との間に直動力を発揮する直動緩衝装置であることを特徴とする前記可変インピーダンス機構を利用してもよい。

　または、より具体的な形態として、図１３（i）または（ii）に示すように、前記緩衝装置が、前記Ｉ軸（５１）と直接、または、動力伝達系を介して１以上のラック（５９）と接し、該ラック（５９）が、前記ＧＮＤ軸（５２）と一体の保持体（５２ｂ）により摺動自在に保持され、前記緩衝装置（６１）が、該ラック（５９）と該保持体（５２ｂ）との間に直動力を発揮する直動緩衝装置（６１）であることを特徴とする前記可変インピーダンス機構であってもよい。

　上記構成により、ラックを複数設ければ、バネやダンパの配置を容易にすることができ、適当な動力伝達系６０を設けて、ラックの摺動方向や摺動量を変換すれば、ロボットアームの内部など、限られたスペースに配置することが容易になる。この場合のラックは、回転運動を直動に変換することができれば、必ずしも歯車を用いる必要はなく、カムやフォークであってもよい。

　これらの非干渉機構は、機械的インピーダンスを調整する用途の他、例えば図１４のように、前記ラック（５９）は、前記直動緩衝装置（６１）の荷重限界以下の荷重においてかみ合いが外れる有効長に制限され、過大入力に対して前記Ｉ軸（５１）が空転することでトルクリミッタとして機能することを特徴とする前記可変インピーダンス機構や、図１５のように、前記直動緩衝装置（６１）と直列に力センサ（６２）を配置することによって、トルク計として機能することを特徴とする前記可変インピーダンス機構であってもよい。これらの機能は、非干渉機構の構成上、付加することが容易であるため、機械的インピーダンスを調整する用途に加え、トルクリミッタやトルク計の機能が必要な場合に有効である。

　さらに、図１６に示すように、前記可変インピーダンス機構を具備し、前記Ｓ軸またはＯ軸に、直接または減速機を介して回転型アクチュエータを結合し、残りの軸を出力軸とすることを特徴とする可変インピーダンスモータを構成すれば、軸の機械的インピーダンスを任意に調整できるモータが得られ、剛性等を適宜調整することで、人やものとの衝突に対して安全なモータとして使用することができる。

　前記出力軸に、角度、角速度、角加速度の少なくとも１つが計測可能な角度計を結合した可変インピーダンスサーボモータを構成すれば、軸の機械的インピーダンスを任意に調整すると同時に位置決めも可能となるため、従来のサーボモータと同じ設計性を兼ね備えた安全なアクチュエータとして利用できる。

　ばね定数変更用のアクチュエータを省きたい場合は、円錐ばね、テーパーばね、竹の子ばね等の非線形ばねを利用すればよい。この場合、トルクに応じてばね定数が漸増する性質となるため、ばね定数を任意に調節することはできないが、生物の筋肉と類似する特性となるため、ヒューマノイドの駆動系には最適である。ダンパの減衰力調整については、近年では磁気粘性流体を利用した小型のものが開発されており、十分な小型化が可能となっている。

　受動要素の限界を超えたインピーダンス特性を実現したい場合は、モータ６３を能動的に駆動する所謂インピーダンス制御を併用することができる。この場合は、前記方法で力センサを設けることができるため、コスト等の点で有利である。なお、直動非干渉機構と回転非干渉機構の力学的関係を考慮すると、直動型の可変インピーダンス機構を得ることは容易であり、これも本発明に含まれる。

　図１７は、直動型の非干渉機構を利用した医療用マニピュレータの実施例を示す。Ｊ１ブラケット８９は筐体６６に保持されてＪ１軸を回転し、Ｊ２ブラケット９７はＪ１ブラケット８９に保持されてＪ２軸を回転し、Ｊ３ブラケット１００はＪ２ブラケット９７に保持されてＪ３軸を回転し、Ｊ４ブラケット１０４はＪ３ブラケット１００に保持されてＪ４軸を回転する構成となっており、Ｊ３ブラケット１００と固定結合した爪１００ａとＪ４ブラケット１０４と固定結合した爪１０４ａが対象物を把持する。

　Ｊ１軸は、Ｊ１入力ラック６７、Ｊ１伝達ピニオン７４、Ｊ１ドライブギヤ９０の順で動力が伝達され、Ｊ１ブラケット８９と固定結合したＪ１ドライブギヤ９０がＪ１軸を回転させる。Ｊ２軸は、Ｊ２入力ラック７１、Ｊ２ピニオン８１、Ｊ２伝達ラック６８、Ｊ２伝達ピニオン７５，スパーギヤ、シャフト、ベベルギヤからなるＪ２伝達ギヤ９１、Ｊ２ドライブギヤ９４の順で動力が伝達され、Ｊ２ブラケット９７と固定結合したＪ２ドライブギヤ９４がＪ２軸を回転させる。Ｊ３軸は、Ｊ３入力ラック７２，Ｊ３ピニオン８４、Ｊ３伝達ラック６９、Ｊ３伝達ピニオン７６、Ｊ３伝達ギヤ９２、Ｊ３伝達ベベルギヤ９５、９５と固定結合したＪ３伝達ベベルギヤ２（９９）、Ｊ３ドライブギヤ１０１の順で動力が伝達され、Ｊ３ブラケット１００と固定結合したＪ３ドライブギヤ１０１がＪ３軸を回転させる。Ｊ４軸は、Ｊ４入力ラック７３、Ｊ４ピニオン８７、Ｊ４伝達ラック７０、Ｊ４伝達ピニオン７７、Ｊ４伝達ギヤ９３、Ｊ４伝達ベベルギヤ９６、９６と固定結合したＪ４伝達ベベルギヤ２（９８）、スパーギヤと一体のＪ４伝達ベベルギヤ３（１０２）、Ｊ４ドライブギヤ１０３の順で動力が伝達され、Ｊ４ブラケット１０４と固定結合したＪ４ドライブギヤ１０３がＪ４軸を回転させる。

　該機構を非干渉駆動するためには、ベベルギヤの減速比をすべて１として、各軸を累動させる必要がある。すなわち６７を駆動するとき、下位のラック６８～７０も同じ量だけ追従させて駆動し、同様に６８を駆動するときは６９，７０を同量だけ駆動し、６９を駆動するときは、７０を同量だけ駆動し、さらに、Ｊ１軸の駆動力は６７と力学的基準である筐体６６の間に付加し、Ｊ２軸の駆動力は６８と６７の間に付加し、Ｊ３軸の駆動力は６９と６８の間に付加し、Ｊ４軸の駆動力は７０と６９の間に付加する必要がある。

　このような駆動を実現するために、各ラックは直動型累動非干渉機構を構成している。すなわち、２つのラック（６７、７８）が、共通のピニオン（８０）に対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（６７、７８、８０、ならびに、６８、７８、８１）、共通のリテーナ（７９）が、該機構のすべてのピニオン（８０、８１）を回転自在かつ、同時に並進するように保持することを特徴とする直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、１番目の機構から１つのラックを任意に選択（７８）し、これを力学的に接地し、該ラック（７８）と共通のピニオン（８０）に接するラック（６７）を１番目の駆動ラックとし、これと異なるピニオン（８１）に接する任意のラック（７１）を２番目の駆動ラックとし、２番目の駆動ラックと共通のピニオン（８１）に接するラック（６８）と、２番目の機構から任意に選択したラック（同６８）とを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該２番目の機構のラックと共通のピニオン（８３）に接するラック（７８）を基準ラックとし、これを力学的に接地することを特徴とする、直動非干渉機構であって、前記基準ラック（７８）と共通のピニオン（８３）に接しない任意のラック（６９）と、新しく設けた３番目の機構、すなわち、前記直動非干渉機構から任意に選んだラック（同６９）とを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該３番目の機構のラックと共通のピニオン（８６）に接するラック（７８）を新しい基準ラックとし、これを力学的に接地する方法により、これを１回適用し、３つの直動非干渉機構を接続することを特徴とする、直動非干渉機構を構成している。

　この構成によれば、各軸を駆動するためには各入力ラック６７，７１、７２、７３と力学的基準である筐体６６との間に駆動力を加えればよく、該駆動力は互いに干渉しない。また、把持によって各軸に加わる力が各入力ラック６７，７１、７２、７３と筐体６６の間に表出するため、これを検出してバイラテラル制御を実現することもできる。

　図１８は、回転非干渉機構（差動型）の実施例を示す。２つの軸（１０９）が共通のピニオン（１０７）に対して差動機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（１０７、１０９、ならびに、１０８、１１０）、共通のリテーナ（１０５、１０６）が該機構のすべてのピニオン（１０７、１０８）を回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする差動型回転非干渉機構である。

　図１９は実施例２の差動型回転非干渉機構を用いた２軸ロボットアームの実施例を示す。ハウジング１１１に固定されたＪ１軸モータ１１３およびＪ２軸モータ１１２は、それぞれ、入力軸１１５ａおよび入力軸１１４ａを駆動し、１１５ａはドライブギヤ１１５を、１１４ａは非干渉機構１１４の内側サイドギヤを駆動する。さらに、前記内側サイドギヤに保持される外側サイドギヤはハウジング１１１ａに固定結合され、ドライブギヤ１１５はリングギヤ１１４ｂを駆動し、１１４ｂは反対側の外側サイドギヤに固定結合される。１１４ｂはハウジング１１１ｂに回転自在に保持され、アーム１１６と固定結合する。アームの上腕に保持されて前腕を駆動するプーリ１１６ａをベルトを介して駆動するプーリ１１４ｃは、非干渉機構の内側サイドギヤに固定結合される。このような構成であるとき、アームの肩部と肘部は、それぞれＪ１軸モータ１１３、Ｊ２軸モータ１１２によってそれぞれ非干渉に駆動される。

　図２０は非干渉型の３軸駆動装置を示す。力学的基準となるＧＮＤ軸、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸、出力側の力学的基準となるＳ軸、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸を具備する回転非干渉機構を複数（１１７、１２４）接続した機構であって、１番目の回転非干渉機構（１１７）のＳ軸（１１７ｆ）ならびにＯ軸（１１７ｄ）を、２番目の回転非干渉機構（１２４）のＧＮＤ軸（１２４ｂ）ならびにＩ軸（１２４ａ）に、それぞれ固定結合（１２１、１２１ａによる）ならびに可動結合（１２３、１２５による）する方法により、これを１回適用して得られる多自由度回転非干渉機構である。

　２番目の回転非干渉機構（１２４）のＳ軸（８１ｄ）は、１番目の回転非干渉機構（１１７）のＯ軸（１１７ｅ）によって可動結合（１２２、１２６による）され、１番目の回転非干渉機構（１１７）のＳ軸（１１７ｆ）は、外力によって駆動され、Ｉ軸（１１８、１１９）が、それぞれ、１番目の回転非干渉機構（１１７）のＯ軸（１１７ｄ、１１７ｆ）を駆動することにより、３軸駆動機構が得られる。

　図２１は、可変インピーダンス機構の実施例を示す。２つの軸（１２９、１２８）が共通のピニオン（１３０）に対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え（１２８、１２９、１３０、ならびに、１３０、１３２、１３３）、共通のリテーナ（１３１）が該機構のすべてのピニオン（１３０）を回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構であって、力学的基準となるＧＮＤ軸（１３３）、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸（１２８）、出力側の力学的基準となるＳ軸（１３４）、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸（１２７）を具備する回転非干渉機構、ならびに、緩衝装置（１３５、１３６、１３７、１３８）を備え、ＧＮＤ軸（１３３）ならびにＩ軸（１２８）の回転を、該緩衝装置によって制限した可変インピーダンス機構である。可変インピーダンス機構は、Ｓ軸が入力軸となるため、注意が必要である。

　このような構成であるとき、基体１３３を基準として出力軸１２７にトルクが加わると、太陽ギヤ１２９が遊星ギヤ１３０、リテーナ１３１、太陽ギヤ１３２を回転させ、入力軸１３４に動力を伝達する。このとき、非干渉機構のはたらきにより、反作用トルクがドライブギヤ１２８を駆動し、ラック１３５、ショックアブソーバ１３７、テーパーばね１３８がそれに対して抗力を発揮して力が釣り合う。このはたらきによって、ショックアブソーバ１３７およびテーパーばね１３８がもつ機械的インピーダンスを入出力軸間に与えることができる。

Claims (17)

1. 　２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが、該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ、同時に並進するように保持することを特徴とする直動非干渉機構。
2. 　２つのラックが、共通のピニオンに対してラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする、前記請求項１記載の直動非干渉機構。
3. 　前記請求項１記載の直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、各機構から１つずつ任意に選択したラックを固定結合し、該ラックと異なるピニオンに接するラックを各機構から１つずつ任意に選択し、これを可動結合することを特徴とする、前記請求項１記載の直動非干渉機構。
4. 　前記請求項１記載の直動非干渉機構を２つ接続した機構であって、これを１番目ならびに２番目の機構とし、１番目の機構から１つのラックを任意に選択し、これを力学的に接地し、該ラックと共通のピニオンに接するラックを１番目の駆動ラックとし、これと異なるピニオンに接する任意のラックを２番目の駆動ラックとし、２番目の駆動ラックと共通のピニオンに接するラックと、２番目の機構から任意に選択したラックとを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該２番目の機構のラックと共通のピニオンに接するラックを基準ラックとし、これを力学的に接地することを特徴とする、前記請求項１記載の直動非干渉機構。
5. 　前記基準ラックと共通のピニオンに接しない任意のラックと、新しく設けた３番目の機構、すなわち、前記請求項１記載の直動非干渉機構から任意に選んだラックとを、その摺動方向が一致するように固定結合し、該３番目の機構のラックと共通のピニオンに接するラックを新しい基準ラックとし、これを力学的に接地する方法により、これを再帰的に適用し、複数の直動非干渉機構を接続することを特徴とする、前記請求項４記載の直動非干渉機構。
6. 　ラックとピニオンがラック・アンド・ピニオン機構をなし、リテーナが該ピニオンを回転自在に保持するとともに並進させることを特徴とする機構を２組備え、共通の幅広ラックが該機構のすべてのピニオンとラック・アンド・ピニオン機構をなすことを特徴とする直動非干渉機構。
7. 　２つの軸が共通のピニオンに対して差動機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする差動型回転非干渉機構。
8. 　２つの軸が共通のピニオンに対して差動機構をなすことを特徴とする前記機構を、３以上備えることを特徴とする、前記請求項７記載の差動型回転非干渉機構。
9. 　ピニオンが軸と接して遊星回転し、リテーナが該ピニオンの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の太軸が該機構のすべてのピニオンと接して差動機構をなすことを特徴とする差動型回転非干渉機構。
10. 　下記の(1)～(6)のいずれかであって、力学的基準となるＧＮＤ軸、ＧＮＤ軸に対してトルクが入力されるＩ軸、出力側の力学的基準となるＳ軸、Ｓ軸に対してトルクが出力されるＯ軸を具備する回転非干渉機構を複数接続した機構であって、１番目の回転非干渉機構のＳ軸ならびにＯ軸を、２番目の回転非干渉機構のＧＮＤ軸ならびにＩ軸に、それぞれ固定結合ならびに可動結合する方法により、これを再帰的に適用して得られる多自由度回転非干渉機構。
    　(1)２つの軸が共通のピニオンに対して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべてのピニオンを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
    　(2)ピニオンが軸と接して遊星回転し、リテーナが該ピニオンの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべてのピニオンと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
    　(3)２つの軸が段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする機構を２組備え、共通のリテーナが該機構のすべての段ギヤを回転自在かつ同時に公転するように保持することを特徴とする遊星型回転非干渉機構
    　(4)段ギヤが軸と接して遊星回転し、リテーナが該段ギヤの自転と公転を保持することを特徴とする機構を２組備え、共通の長軸が該機構のすべての段ギヤと接して遊星機構をなすことを特徴とする遊星型回転非干渉機構
    　(5)前記請求項７記載の差動型回転非干渉機構
    　(6)前記請求項９記載の差動型回転非干渉機構
11. 　前記請求項１０記載のＧＮＤ軸、Ｉ軸、Ｓ軸、Ｏ軸を具備する回転非干渉機構、ならびに、緩衝装置を備え、ＧＮＤ軸ならびにＩ軸の回転を、該緩衝装置によって制限した可変インピーダンス機構。
12. 　前記ＧＮＤ軸およびＩ軸が突起を具備し、前記緩衝装置が該突起間に円周力を発揮する円周型緩衝装置であることを特徴とする請求項１１記載の可変インピーダンス機構。
13. 前記緩衝装置が、前記Ｉ軸と直接、または、動力伝達系を介して１以上のラックと接し、該ラックが、前記ＧＮＤ軸と一体の保持体により摺動自在に保持され、前記緩衝装置が、該ラックと該保持体との間に直動力を発揮する直動緩衝装置であることを特徴とする請求項１１記載の可変インピーダンス機構。
14. 　前記ラックは、前記直動緩衝装置の荷重限界以下の荷重においてかみ合いが外れる有効長に制限され、過大入力に対して前記Ｉ軸が空転することでトルクリミッタとして機能することを特徴とする請求項１３記載の可変インピーダンス機構。
15. 　前記直動緩衝装置と直列に力センサを配置することによって、トルク計として機能することを特徴とする請求項１３記載の可変インピーダンス機構。
16. 　前記請求項１１記載の可変インピーダンス機構を具備し、前記Ｓ軸またはＯ軸に、直接または減速機を介して回転型アクチュエータを結合し、残りの軸を出力軸とすることを特徴とする可変インピーダンスモータ。
17. 　前記請求項１６の可変インピーダンスモータを具備し、前記出力軸に、角度、角速度、角加速度の少なくとも１つが計測可能な角度計を結合した可変インピーダンスサーボモータ。

Images