WO2020036159A1

WO2020036159A1 - 多関節アーム

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Publication number: WO2020036159A1
Application number: PCT/JP2019/031775
Authority: WO
Inventors: 茂男広瀬
Original assignee: 株式会社ハイボット
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2020-02-20
Also published as: JP2021181125A

Abstract

【課題】高い安定性が得られてしかも構造簡単な自重補償型の多関節アームを提供する。【解決手段】基端アーム部２と連結アーム部３，４とは、夫々、基端支持部材７と先端支持部材８とを備える。基端支持部材７と先端支持部材８との間には、互いに平行の第１リンク部材５と第２リンク部材６とが支持される。互いに隣接するアーム部同士は、一方の先端支持部材８に他方の基端支持部材７が回動軸１７を介して連結される。基端アーム部２及び連結アーム部３，４には一本の張力発生索１６が設けられている。張力発生索１６は、回動軸１７の軸心に沿って張られる。各アーム部２，３，４の、第１基端水平軸９と第２基端水平軸１０との間隔寸法は、先端側の荷重に応じて設定される。

Description

多関節アーム

　本発明は、産業用ロボット等に利用される自重補償型の多関節アームに関する。

　従来、多関節の各アーム部の重量に対して一定張力で抗することにより、各アーム部の駆動負荷を軽減することができる多関節アームが知られている（下記特許文献１参照）。

　この多関節アームは、図８に示すように、各アーム部７０，７１の夫々が平行四辺形を形成する位置に設けた４つの水平軸７２，７３，７４，７５を有する平行リンク機構を備えている。各平行リンク機構は、基台７６側に位置する基端支持部材７７と、先端側に位置する先端支持部材７８と、両支持部材７７，７８間で平行に延びる２つのリンク部材（第１リンク部材７９、第２リンク部材８０）とを備えている。

　互いに隣接するアーム部７０，７１同士は、一方のアーム部７０の先端支持部材７８と、他方のアーム部７１の基端支持部材７７とが、軸線が鉛直方向に延びる回動軸８１を介して連結される。

　また、先端支持部材７８に支持された第１リンク部材７９の先端には水平軸７３と同軸の第１プーリ８２が設けられており、基端支持部材７７に支持された第１リンク部材７９の基端部には第２プーリ８３が設けられている。両プーリ８２，８３には、全てのアーム部７０，７１にわたって、張力発生索８４が巻き掛けられ、張力発生索８４の基端には、張力発生索８４に張力を付与するための錘８５（張力発生手段）が連結されている。

　上記従来の多関節アームにおいて、第１リンク部材７９は、基端支持部材７７の水平軸７２を支点（回転中心）として、先端の第１プーリ８２と基端の第２プーリ８３との間で「てこ」を構成している。このため、第１リンク部材７９の基端の第２プーリ８３に張力発生索８４の張力による引き下げ力が付与されると、第１リンク部材７９の先端側（第１プーリ７３）に持ち上げ力が発生する。

　上記構成によると、基端支持部材７７が第１リンク部材７９を支持している水平軸７２から第１プーリ８２と同軸の水平軸７３までの長さと、水平軸７２から第２プーリ８３の回転軸までの長さとの比が、第１リンク部材７９の傾きによらず常に同じとなる。

　これにより、第１リンク部材７９の第２プーリ８３に対して、上記長さの比に対応する張力を錘８５から張力発生索８４を介して付与すれば、第１リンク部材７９の角度によらず力バランスを保つことができる。

特開２００３－８９０９０号公報

　ところで、上下に連結されている基端支持部材７７と先端支持部材７８との間には、張力発生索８４が上下方向に延びている。即ち、張力発生索８４は、上方の基端支持部材７７に支持された第１リンク部材７９の第２プーリ８３と、その下方にある先端支持部材７８に支持された第１リンク部材７９の第１プーリ８２とに巻き掛けられている。

　上下に連結されている基端支持部材７７と先端支持部材７８とは、回動軸８１により相対的に回転するが、このときの回転の影響で張力発生索８４が伸縮すると、第１リンク部材７９が搖動してアーム部７０，７１が上下に動いてしまう不都合がある。

　そこで、上方の第２プーリ８３と、その下方の第１プーリ８２との間の張力発生索８４は、回動軸８１の軸線の近くに位置させることが行われる。

　しかし、第２プーリ８３は、基端支持部材７７の水平軸７２回りに円弧状に移動する。このため、アーム部７１の上下動に際し、第１リンク部材７９の搖動角によっては、張力発生索８４が回動軸８１の軸線から比較的大きく離間することとなる。特に、各アーム部７０，７１の全長を長く構成した場合等には、回動軸８１の軸線に対する張力発生索８４のズレが大きくなる。よって、基端支持部材７７が先端支持部材７８上で回転する度に、アーム部７０，７１に不用意な上下動が生じてしまい、安定性が得られない不都合がある。

　また、この種の多関節アームは、基台に近いアーム部ほど自重補償力を増加させる必要がある。そのため、上記従来の多関節アームにおいては、第１プーリを直径の違う一対のプーリを同軸に設けて構成し、第１プーリを構成する夫々のプーリにおいて張力発生索の張力を変える機構が採用される。しかし、この構成では、複数の分割された張力発生索が第１プーリを構成する夫々のプーリ毎に必要となり、構造が複雑となる不都合がある。

　上記の点に鑑み、本発明は、高い安定性が得られてしかも構造簡単な自重補償型の多関節アームを提供することを目的とする。

　かかる目的を達成するために、本発明は、基台に連結された基端アーム部と、該基端アーム部に連結された単一又は複数の連結アーム部とを備え、前記各アーム部は、何れも、水平方向に延びる第１リンク部材と、該第１リンク部材に対して平行に延びる第２リンク部材と、前記第１リンク部材の基端部を第１基端水平軸を介して支持すると共に前記第２リンク部材の基端部を第２基端水平軸を介して支持する基端支持部材と、前記第１リンク部材の先端部を第１先端水平軸を介して支持すると共に前記第２リンク部材の先端部を第２先端水平軸を介して支持する先端支持部材とを備え、互いに隣接する前記アーム部同士は、一方の前記アーム部の前記先端支持部材に上下方向に延びる軸線を有する回動軸を介して他方の前記アーム部の前記基端支持部材が連結されてなる多関節アームにおいて、最も先端に位置する前記連結アーム部の先端支持部材に一端が固定され、他端が基台に延びて張力発生手段に連結された一本の張力発生索（ワイヤ等）を備え、前記張力発生索は、前記各アーム部の夫々の前記基端支持部材と前記先端支持部材との間においては、張力を発生させることにより前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とを搖動させる位置に張られており、それ以外の部分では、長さが変わらない固定長部（例えばチューブワイヤの中、又は中空部材の中、又は長さが変わらない機構の中等）に張られており、該固定長部のうち、互いに連結されている前記先端支持部材と前記基端支持部材との間（関節部分）では、前記回動軸の軸心に沿って（前記回動軸の軸心位置に）張られており、前記各アーム部は、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とが水平姿勢のとき、前記第１基端水平軸の軸心及び前記第１先端水平軸の軸心を通る直線と前記第２基端水平軸の軸心及び前記第２先端水平軸の軸心を通る直線との間隔寸法が、前記先端支持部材に付与される荷重に応じて設定されていることを特徴とする。

　また、本発明おいて、前記張力発生索が、前記各アーム部の夫々における前記第２基端水平軸と前記第１先端水平軸との間に張られている場合には、前記第２基端水平軸と前記第１先端水平軸とを通る直線に対して、前記第１基端水平軸と前記第２基端水平軸とを通る直線が直交（９０°±１０°）するように、前記第１基端水平軸、前記第２基端水平軸、前記第１先端水平軸、及び前記第２先端水平軸が配設されていることを特徴とする。

　また、本発明において、前記各アーム部は、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とを搖動させることにより前記基端支持部材に対して前記先端支持部材を上下方向に移動させる搖動駆動手段と、前記先端支持部材に連結された前記基端支持部材を前記回動軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを備えることを特徴とする。

　本発明によれば、互いに隣り合う前記アーム部同士における一方のアーム部の前記先端支持部材と他方のアーム部の前記基端支持部材との間に設けられている前記回動軸の軸心かその極めて近くに張力発生索を張ることができる。これによって、アーム部の動きに追従して張力発生索の位置が変化することが殆どないので、高い安定性を得ることができる。

　更に、本発明によれば、各アーム部の、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とが水平姿勢のときにおける、前記第１基端水平軸の軸心及び前記第１先端水平軸の軸心を通る直線と前記第２基端水平軸の軸心及び前記第２先端水平軸の軸心を通る直線との間隔寸法が、前記先端支持部材に付与される荷重に応じて設定されている。当該荷重は、基端側の前記アーム部より先端側の前記アーム部の方が小さい。

　このため、前記間隔寸法は、基端側の前記アーム部より先端側の前記アーム部の方が小となる。これによって、同じワイヤ張力で先端荷重とそれぞれのアームの自重をバランスさせることができるので、従来のように径の異なるプーリを同軸に設けた場合に比べて構造簡単であり、先端に向かって次第に細いアーム部にすることができて、狭所作業等の適用範囲を拡大することができる。

本発明の第１実施形態の多関節アームを示す構成図。本発明の第１実施形態の多関節アームにおけるアーム部の要部を示す説明的側面図。本発明の第１実施形態の多関節アームにおけるアーム部の要部を示す説明的平面図。アクチュエータの構成を示す説明図。本発明の第２実施形態の多関節アームにおけるアーム部の要部を示す説明的側面図。本発明の第２実施形態の多関節アームにおけるアーム部の要部を示す説明的平面図。本発明の第３実施形態の多関節アームを示す構成図。従来の多関節アームを示す説明図。

　本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１～図３は、本発明の第１実施形態の多関節アームＡを示している。図１に示すように、多関節アームＡは、基台１に連結された基端アーム部２と、基端アーム部２に連結された第１連結アーム部３と、第１連結アーム部３に連結された第２連結アーム部４とを備えている。

　なお、本実施形態においては、第２連結アーム部４が多関節アームＡの最先端に位置しているが、第２連結アーム部４の先端側に更に複数の連結アーム（図示しない）を連設してもよい。

　基端アーム部２は、第１リンク部材５と、第２リンク部材６と、基端支持部材７と、先端支持部材８とを備えている。第１リンク部材５と、第２リンク部材６とは、上下方向に所定の間隔を存して互いに平行に延びて、所謂平行リンク機構を構成している。

　基端支持部材７には、第１リンク部材５の基端部が第１基端水平軸９を介して搖動自在に支持されている。また、基端支持部材７には、第１基端水平軸９の上方位置で、第２リンク部材６の基端部が第２基端水平軸１０を介して搖動自在に支持されている。

　先端支持部材８には、第１リンク部材５の先端部が第１先端水平軸１１を介して搖動自在に支持されている。また、先端支持部材８には、第１先端水平軸１１の上方で、第２リンク部材６の先端部が第２先端水平軸１２を介して搖動自在に支持されている。

　第１基端水平軸９には第１基端プーリ１３が同軸に回転自在に支持されている。第２基端水平軸１０には第２基端プーリ１４が同軸に回転自在に支持されている。第１先端水平軸１１には先端プーリ１５が同軸に回転自在に支持されている。各プーリ１３，１４，１５には、ワイヤを採用した張力発生索１６が巻き掛けられている。張力発生索１６については後述する。

　第１連結アーム部３及び第２連結アーム部４も基端アーム部２と同様の構成となっている。即ち、第１連結アーム部３及び第２連結アーム部４も、夫々、第１リンク部材５と、第２リンク部材６と、基端支持部材７と、先端支持部材８とを備えている。更に、第１連結アーム部３及び第２連結アーム部４も基端アーム部２と同様に、第１基端プーリ１３、第２基端プーリ１４、及び先端プーリ１５を備えている。

　基端アーム部２の基端支持部材７は、基台１上に円筒状の回動軸１７を介して連結されている。第１連結アーム部３の基端支持部材７は、基端アーム部２の先端支持部材８上に回動軸１７を介して連結されている。第２連結アーム部４の基端支持部材７は、第１連結アーム部３の先端支持部材８上に回動軸１７を介して連結されている。

　各回動軸１７は、軸線が鉛直方向に延びる。これにより、基端アーム部２、第１連結アーム部３、及び第２連結アーム部４は、何れも、各回動軸１７により水平方向に回動自在とされている。

　多関節アームＡの内部には１本の張力発生索１６が張られている。張力発生索１６の一端（先端）は、第２連結アーム部４（最も先端に位置する連結アーム部）の先端支持部材８に固定されている。張力発生索１６の他端には、錘等の張力発生手段（図示しない）が連結されている。

　張力発生索１６は、基台１の下方で張力発生手段が連結されている端部から鉛直上方に延びて、基端アーム部２の第１基端プーリ１３に巻き掛けられ、第１基端プーリ１３から上方に延びて、基端アーム部２の第２基端プーリ１４に巻き掛けられ、更に、第２基端プーリ１４から基端アーム部２の先端方向に延びて、基端アーム部２の先端プーリ１５に巻き掛けられ、先端プーリ１５から鉛直上方に延びる。

　張力発生索１６における基台１の下方から第１基端プーリ１３までの鉛直上方に延びる部分は、基台１と基端アーム部２の基端支持部材７との間の回動軸１７の軸線に一致して延びている。

　第１基端プーリ１３は、基端アーム部２の第１リンク部材５の搖動軸である第１基端水平軸９と同軸に設けられている。これにより、第１リンク部材５が上下方向に搖動しても、基台１の下方から第１基端プーリ１３までの鉛直上方に延びる部分の張力発生索１６の位置は変わらない。よって、基端アーム部２の第１リンク部材５単独の上下方向の搖動が張力発生索１６に伝達されることが防止でき、第１連結アーム部３や第２連結アーム部４が不用意に上下方向の搖動を生じることがない。

　また、基台１の下方から第１基端プーリ１３までの鉛直上方に延びる部分の張力発生索１６は、基台１と基端アーム部２の基端支持部材７との間の回動軸１７の軸線に一致していることにより、基端アーム部２の基端支持部材７が回動軸１７を介して基台１上で回動しても、張力発生索１６は回動軸１７の軸線から位置ずれしない。よって、基端アーム部２の基台１に対して回動しても、張力発生手段から張力発生索１６に付与されている張力は変化せず、第１連結アーム部３や第２連結アーム部４が不用意に上下方向の搖動を生じることがない。

　基端アーム部２の第１リンク部材５（及び第２リンク部材６）は、基端アーム部２の第２基端プーリ１４と基端アーム部２の先端プーリ１５とに張られた張力発生索１６から荷重に対抗する張力が付与される。

　基端アーム部２の先端プーリ１５から鉛直上方に延びる張力発生索１６は、第１連結アーム部３の第１基端プーリ１３に巻き掛けられ、第１基端プーリ１３から上方に延びて、第１連結アーム部３の第２基端プーリ１４に巻き掛けられ、更に、第２基端プーリ１４から第１連結アーム部３の先端方向に延びて、第１連結アーム部３の先端プーリ１５に巻き掛けられ、先端プーリ１５から鉛直上方に延びる。

　張力発生索１６における基端アーム部２の先端プーリ１５から第１連結アーム部３の第１基端プーリ１３までの鉛直上方に延びる部分は、基端アーム部２の先端支持部材８と第１連結アーム部３の基端支持部材７との間の回動軸１７の軸線に一致して延びている。

　第１連結アーム部３においても、基端アーム部２と同様に張力発生索１６が張られていることにより、第１連結アーム部３の上下方向への搖動や、基端アーム部２に対する第１連結アーム部３の回動の際に、張力発生索１６の位置が変化せず、基端アーム部２や第２連結アーム部４が不用意に上下方向の搖動を生じることがない。

　第１連結アーム部３の第１リンク部材５（及び第２リンク部材６）は、第１連結アーム部３の第２基端プーリ１４と第１連結アーム部３の先端プーリ１５とに張られた張力発生索１６から荷重に対抗する張力が付与される。

　第１連結アーム部３の先端プーリ１５から鉛直上方に延びる張力発生索１６は、第２連結アーム部４の第１基端プーリ１３に巻き掛けられ、第１基端プーリ１３から上方に延びて、第２連結アーム部４の第２基端プーリ１４に巻き掛けられ、更に、第２基端プーリ１４から第２連結アーム部４の先端方向に延びて、第２連結アーム部４の先端プーリ１５に巻き掛けられ、張力発生索１６の先端は先端支持部材８に固定される。

　張力発生索１６における第１連結アーム部３の先端プーリ１５から第２連結アーム部４の第１基端プーリ１３までの鉛直上方に延びる部分は、第１連結アーム部３の先端支持部材８と第２連結アーム部４の基端支持部材７との間の回動軸１７の軸線に一致して延びている。

　第２連結アーム部４においても、基端アーム部２や第１連結アーム部３と同様にして張力発生索１６が張られていることにより、第２連結アーム部４の上下方向への搖動や、第１連結アーム部３に対する第２連結アーム部４の回動の際に、張力発生索１６の位置が変化せず、基端アーム部２や第１連結アーム部３が不用意に上下方向の搖動を生じることがない。

　第２連結アーム部４の第１リンク部材５（及び第２リンク部材６）は、第２連結アーム部４の第２基端プーリ１４と第２連結アーム部４の先端プーリ１５とに張られた張力発生索１６から荷重に対抗する張力が付与される。

　また、各アーム部２，３，４は、第１リンク部材５と第２リンク部材６とが水平姿勢のとき、第１基端水平軸９の軸心から第１先端水平軸１１の軸心を通って延びる直線と、第２基端水平軸１０の軸心から第２先端水平軸１２の軸心を通って延びる直線との間隔寸法が、各アーム部２，３，４の先端支持部材８に付与される荷重に応じて設定されている。上記間隔寸法は、第１リンク部材５と第２リンク部材６とが平行であることにより、各水平軸の上下方向間隔の寸法に対応している。

　即ち、本実施形態においては、基端アーム部２の第１基端水平軸９と第２基端水平軸１０との鉛直方向距離ｄ１よりも、第１連結アーム部３の第１基端水平軸９と第２基端水平軸１０との鉛直方向距離ｄ２が小さく、第１連結アーム部３の第１基端水平軸９と第２基端水平軸１０との鉛直方向距離ｄ２よりも、第２連結アーム部４の第１基端水平軸９と第２基端水平軸１０との鉛直方向距離ｄ３が小さい。

　これによれば、各アーム部２，３，４に作用する張力発生索１６の張力を同じに設定して、先端荷重と夫々のアーム部２，３，４の自重とをバランスさせることができる。よって、従来のように径の異なるプーリを複数同軸に設けた場合に比べて構造簡単となる。

　なお、上記構成において、先端プーリ１５から、その上方の第１基端プーリ１３及び第２基端プーリ１４に至って張力発生索１６が張られている部分は、本発明における長さが変わらない固定長部に相当する。この位置の張力発生索１６はチューブワイヤの中を通してもよい。

　また、本実施形態においては、張力発生索１６が、各アーム部２，３，４の夫々における第２基端水平軸１０と第１先端水平軸１１と間に張られている。そして、各アーム部２，３，４の夫々において、第２基端水平軸１０の軸心と第１先端水平軸１１の軸心とを通る直線に対して、第１基端水平軸９の軸心と第２基端水平軸１０の軸心とを通る直線が直交（９０°±１０°）する。

　図２及び図３に示すように、各アーム部２，３，４には、搖動駆動手段１８と回転駆動手段１９とが設けられている。搖動駆動手段１８は、第１リンク部材５（及び第２リンク部材６）を搖動させることにより基端支持部材７に対して先端支持部材８を上下方向に移動させる。回転駆動手段１９は、先端支持部材８に連結された基端支持部材７を回動軸１７回りに回転駆動する。

　回転駆動手段１９としては、図４に概略構成を示す駆動機構２０が採用されている。この駆動機構２０は、シリンダ２１の流体圧に応じて伸縮するマッキンベン２２を備えている。マッキンベン２２の先端には、ワイヤ２３の一端が接続されている。ワイヤ２３の他端にはスプリング２４が接続されている。マッキンベン２２とスプリング２４との間のワイヤ２３は駆動プーリ２５に掛けられている。

　そして、図４に示す駆動機構２０によれば、アクチュエータ２６によってピストン２７を進退させることで、シリンダ２１内部の流体の移動がマッキンベン２２を伸縮させる。

　回転駆動手段１９は、図２及び図３に示すように、回動軸１７に掛けられたワイヤ２３をマッキンベン２２により移動させることにより回動軸１７の回転を駆動する。マッキンベン２２がスプリング２４の付勢に抗して収縮すると、ワイヤ２３を介して回動軸１７が一方（図３においては時計回り）に回転し、マッキンベン２２が伸長するとスプリング２４の付勢が解放され、ワイヤ２３を介して回動軸１７が他方（図３においては反時計回り）に回転する。

　また、搖動駆動手段１８においても、マッキンベン２２が採用されている。搖動駆動手段１８のマッキンベン２２は、図２及び図３に示すように、一端が第２基端水平軸１０に連結され、他端が第１先端水平軸１１に連結されている。搖動駆動手段１８のマッキンベン２２が収縮すると、第１リンク部材５（及び第２リンク部材６）が搖動して、基端支持部材７に対して先端支持部材８が上方に移動する。

　なお、本実施形態の搖動駆動手段１８及び回転駆動手段１９においては、マッキンベン２２による駆動を採用して、防爆性及び軽量化が得られる構成を示したが、これに限らない。例えば、搖動駆動手段１８、回転駆動手段１９を、剛性が高く応答性が良い回転駆動モータや直動型モータで駆動してもよい。

　以上説明した第１実施形態においては、基端アーム部２の先端支持部材８の上部に回動軸１７を介して第１連結アーム部３の基端支持部材７が連結され、第１連結アーム部３の先端支持部材８の上部に回動軸１７を介して第２連結アーム部４の基端支持部材７が連結されている多関節アームＡを示したが、本発明は、これに限るものではない。

　そこで、本発明の第２実施形態を、図５及び図６に基づいて説明する。第２実施形態の多関節アームＢは、図５及び図６に要部を示すように、基端アーム部３０の先端支持部材３１の先端方向の側方に第１連結アーム部３２の基端支持部材３３が回動軸３４を介して連結され、第１連結アーム部３２の先端支持部材３１の先端方向の側方に第２連結アーム部３５の基端支持部材３３が回動軸３４を介して連結されている。

　各アーム部３０，３２，３５は、互いに平行の第１リンク部材３６と第２リンク部材３７とを備えている。基端支持部材３３は、第１基端水平軸３８を介して第１リンク部材３６の基端部を支持すると共に、第２基端水平軸３９を介して第２リンク部材３７の基端部を支持している。先端支持部材３１は、第１先端水平軸４０を介して第１リンク部材３６の先端部を支持すると共に、第２先端水平軸４１を介して第２リンク部材３７の先端部を支持している。

　第１先端水平軸４０には先端プーリ４２が同軸に回転自在に支持されている。第２基端水平軸１０には基端プーリ４３が同軸に回転自在に支持されている。

　先端支持部材３１には先端案内プーリ４４が設けられており、基端支持部材３３には基端案内プーリ４５が設けられている。先端案内プーリ４４と基端案内プーリ４５とに張力発生索４６が掛け渡されることにより、張力発生索４６が回動軸３４の軸線と一致する位置に案内される。

　なお、上記構成において、張力発生索１６が張られている先端プーリ１５から、先端案内プーリ４４及び基端案内プーリ４５を経て基端プーリ４３に至る部分は、本発明における長さが変わらない固定長部に相当する。

　これにより、基端支持部材３３が先端支持部材３１に対して回動軸３４回りに回動しても、張力発生索４６が位置ずれすることがない。よって、張力発生索４６から付与される張力を一定に維持することができ、各アーム部３０，３２，３５の回動軸３４を介して回転動作に伴う不用意な上下搖動等を防止することができる。

　次に、本発明の第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態の多関節アームＣを示している。図７に示すように、多関節アームＣは、前述した第１実施形態の多関節アームＡと大略同じ構成を有しているが、上下を反転させて設けられている点が異なる。

　即ち、多関節アームＣは、基台５０が天井等の上壁下面Ｗに設けられ、基台５０の下方に連結された基端アーム部５１と、基端アーム部５１の下方に連結された第１連結アーム部５２と、第１連結アーム部５２の下方に連結された第２連結アーム部５３とを備えている。

　基端アーム部５１、第１連結アーム部５２、及び第２連結アーム部５３は、夫々、第１リンク部材５４と第１リンク部材５４の下方に平行の第２リンク部材５５とを備えている。第１リンク部材５４は、基端が第１基端水平軸５６を介して基端支持部材５７に連結され、先端が第１先端水平軸５８を介して先端支持部材５９に連結されている。第２リンク部材５５は、基端が第２基端水平軸６０を介して基端支持部材５７に連結され、先端が第２先端水平軸６１を介して先端支持部材５９に連結されている。

　また、第３実施形態においては、第２基端水平軸６０の軸心と第１基端水平軸５６の軸心とを通る直線、及び、第２基端水平軸６０の軸心と第１基端水平軸５６の軸心とを通る直線が、何れも第１基端水平軸５６の軸心と第２先端水平軸６１の軸心とを通る直線に直交（９０°±１０°）する。

　基台５０と基端アーム部５１の基端支持部材５７、基端アーム部５１の先端支持部材５９と第１連結アーム部５２の基端支持部材５７、第１連結アーム部５２の先端支持部材５９と第２連結アーム部５３の基端支持部材５７は、夫々、回動軸６２を介して連結されている。

　第１基端水平軸５６には第１基端プーリ６３が同軸に回転自在に支持されている。第２基端水平軸６０には第２基端プーリ６４が同軸に回転自在に支持されている。第２先端水平軸６１には先端プーリ６５が同軸に回転自在に支持されている。各プーリ５１，５２，５３には、張力発生索６６が巻き掛けられている。

　張力発生索６６の一端（先端）は、第２連結アーム部５３（最も先端に位置する連結アーム部）の先端支持部材５９に固定されている。張力発生索６６の他端は、張力発生索６６を上方に牽引するウインチ等の張力発生手段（図示しない）に連結されている。

　張力発生索６６は、基台５０から鉛直下方に延びて、基端アーム部５１の第２基端プーリ６４に巻き掛けられ、第２基端プーリ６４から上方に延びて、基端アーム部５１の第１基端プーリ６３に巻き掛けられ、更に、第１基端プーリ６３から基端アーム部５１の先端方向に延びて、基端アーム部５１の先端プーリ６５に巻き掛けられ、基端アーム部５１の先端プーリ６５から鉛直下方に延びる。

　基端アーム部５１の先端プーリ６５から鉛直下方に延びる張力発生索６６は、第１連結アーム部５２の第２基端プーリ６４に巻き掛けられ、第２基端プーリ６４から上方に延びて、第１連結アーム部５２の第１基端プーリ６３に巻き掛けられ、更に、第１基端プーリ６３から第１連結アーム部５２の先端方向に延びて、第１連結アーム部５２の先端プーリ６５に巻き掛けられ、第１連結アーム部５２の先端プーリ６５から鉛直下方に延びる。

　第１連結アーム部５２の先端プーリ６５から鉛直下方に延びる張力発生索６６は、第２連結アーム部５３の第２基端プーリ６４に巻き掛けられ、第２基端プーリ６４から上方に延びて、第２連結アーム部５３の第１基端プーリ６３に巻き掛けられ、更に、第１基端プーリ６３から第２連結アーム部５３の先端方向に延びて、第２連結アーム部５３の先端プーリ６５に巻き掛けられ、第２連結アーム部５３の先端プーリ６５から鉛直下方に延びて、第２連結アーム部５３の先端支持部材５９に固定される。

　各アーム部５１，５２，５３の第１リンク部材５４（及び第２リンク部材５５）には、何れも、第１基端プーリ６３と先端プーリ６５とに張られた張力発生索６６から荷重に対抗する張力が付与される。

　そして、各回動軸６２を挿通する張力発生索６６は、各回動軸６２の軸線に一致して延びているので、各アーム部５１，５２，５３が不用意に上下方向の搖動を生じることがない。

　なお、上記の第１、第２、第３実施形態においては、３つのアーム部（基端アーム部２，３０，５１、第１連結アーム部３，３２，５２、第２連結アーム部４，３５，５３）を備える多関節アームＡ，Ｂ，Ｃを示したが、アーム部の数はこれに限るものでない。例えば、図示しないが、基端アーム部に単一の連結アームを連結したものや、或いは、基端アーム部に３つ以上の連結アームを連結したものであっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

Ａ，Ｂ，Ｃ…多関節アーム
１，５０…基台
２，３０，５１…基端アーム部
３，３２，５２…第１連結アーム部（連結アーム部）
４，３５，５３…第２連結アーム部（連結アーム部）
５，３６，５４…第１リンク部材
６，３７，５５…第２リンク部材
７，３３，５７…基端支持部材
８，３１，５９…先端支持部材
９，３８，５６…第１基端水平軸
１０，３９，６０…第２基端水平軸
１１，４０，５８…第１先端水平軸
１２，４１，６１…第２先端水平軸
１６，４６，６６…張力発生索
１７，３４，６２…回動軸
１８…搖動駆動手段
１９…回転駆動手段

Claims

　基台に連結された基端アーム部と、該基端アーム部に連結された単一又は複数の連結アーム部とを備え、前記各アーム部は、何れも、水平方向に延びる第１リンク部材と、該第１リンク部材に対して平行に延びる第２リンク部材と、前記第１リンク部材の基端部を第１基端水平軸を介して支持すると共に前記第２リンク部材の基端部を第２基端水平軸を介して支持する基端支持部材と、前記第１リンク部材の先端部を第１先端水平軸を介して支持すると共に前記第２リンク部材の先端部を第２先端水平軸を介して支持する先端支持部材とを備え、互いに隣接する前記アーム部同士は、一方の前記アーム部の前記先端支持部材に上下方向に延びる軸線を有する回動軸を介して他方の前記アーム部の前記基端支持部材が連結されてなる多関節アームにおいて、
　最も先端に位置する前記連結アーム部の前記先端支持部材に一端が固定され、他端が基台に延びて張力発生手段に連結された一本の張力発生索を備え、
　前記張力発生索は、前記各アーム部の夫々の前記基端支持部材と前記先端支持部材との間においては、張力を発生させることにより前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とを搖動させる位置に張られており、それ以外の部分では、長さが変わらない固定長部に張られており、該固定長部のうち、互いに連結されている前記先端支持部材と前記基端支持部材との間では、前記回動軸の軸心に沿って張られており、
　前記各アーム部は、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とが水平姿勢のとき、前記第１基端水平軸の軸心及び前記第１先端水平軸の軸心を通る直線と前記第２基端水平軸の軸心及び前記第２先端水平軸の軸心を通る直線との間隔寸法は、前記先端支持部材に付与される荷重に応じて設定されていることを特徴とする多関節アーム。
　前記張力発生索が、前記各アーム部の夫々における前記第２基端水平軸と前記第１先端水平軸との間に張られている場合には、前記第２基端水平軸と前記第１先端水平軸とを通る直線に対して、前記第１基端水平軸と前記第２基端水平軸とを通る直線が直交（９０°±１０°）するように、前記第１基端水平軸、前記第２基端水平軸、前記第１先端水平軸、及び前記第２先端水平軸が配設されていることを特徴とする請求項１記載の多関節アーム。
　前記各アーム部は、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材とを搖動させることにより前記基端支持部材に対して前記先端支持部材を上下方向に移動させる搖動駆動手段と、前記先端支持部材に連結された前記基端支持部材を前記回動軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の記載の多関節アーム。