伸縮アーム機構及びロボットアーム

本発明は、ロボットなどに用いられるアームの伸縮アーム機構及びロボットアームに関する。

工場などにおいて省力化のために多くのロボットが採用されている。これらのロボットは速度、正確さ、能率等を優先して動作させるものが多い。

近年では人の世話をするためにもロボットが用いられてきている。このような分野では、ロボットが人の傍で活動するので人に危険を与えないなど、別の観点からの考慮も必要になってくる。

例えばロボットアームでは、回転関節の代わりにアームが伸縮し、伸ばすときには直線的に伸びるが、縮めるときには比較的スペースを取らない直動関節を採用した直動伸縮アーム機構が考えられ、実用化されている。

この直動伸縮アーム機構としては、例えば下記特許文献1に記載されているように、2つの構造体群から成り、これらが駆動機構により重ねあわされ延伸したときには硬直したアーム部を構成するが、駆動機構が逆回転して分離されたときには、曲げられてアーム支持体に収納される構造体が知られている。

しかし、上記直動伸縮アーム機構は、重ねられる2つの構造体が途中で離れる可能性もあり、十分な安定した剛体を形成するものではなかった。

国際公開WO2011−152265号公報

目的は、確実かつ円滑に伸張及び短縮することが可能な伸縮アーム機構及びロボットアームを提供することにある。

本実施形態に係る伸縮アーム機構は、複数の第1構造体が連結してなる第1構造体群と、複数の第2構造体が連結してなる第2構造体群を有する。第1構造体各々は第2構造体を固定するロック部を有する。伸張させるとき、ロック部は第2構造体を第1構造体に固定する。

第1の実施形態の伸縮アーム機構の短縮時の構造を示す斜視図である。

第1の実施形態の伸縮アーム機構の短縮時の構造を示す側断面図である。

第1の実施形態の伸縮アーム機構の伸張時の斜視図である。

第1の実施形態の伸縮アーム機構の下部構造体群の構造を示す側面図である。

第1の実施形態における下部構造体の構造を示す側面図である。

第1の実施形態における下部構造体の斜視図である。

第1の実施形態における下部構造体の他の位置から見た斜視図である。

第1の実施形態における下部構造体の回転軸の他の例を示す図である。

第1の実施形態における下部構造体の軸受部の他の例を示す図である。

第1の実施形態における上部構造体群の下方から見た斜視図である。

第1の実施形態における上部構造体の構造を示す側面図である。

第1の実施形態において上部構造体に設けられるロック部の構造を示す側面図である。

第1の実施形態における上部構造体の下方から見た斜視図である。

第1の実施形態における上部構造体を下方の他の位置から見た斜視図である。

第1の実施形態における上部構造体の軸受部の他の例を示す図である。

第1の実施形態における上部構造体のロック部に下部構造体がかみ合う動作を説明するための図である。

第1の実施形態における上部構造体のロック部に下部構造体がかみ合う動作を説明するための図である。

第2の実施形態における上部構造体の構造を示す側面図である。

第2の実施形態における上部構造体の構造を示す正面図である。

第2の実施形態における下部構造体の構造を示す側面図である。

第2の実施形態において上部構造体のロック部に下部構造体がかみ合う状態を説明するための図である。

第2の実施形態において上部構造体に下部構造体が連結された状態を示す側面図である。

図12Aは第1実施形態における上部構造体の他のロック構造例を示す後方斜視図である。

図12Bは図12Aの上部構造体の前方斜視図である。

図13Aは図12Aの上部構造体に対応する下部構造体の前方斜視図である。

図13Bは図13Aの下部構造体の後方斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 <第1の実施形態> 第1の実施形態の伸縮アーム機構の短縮時の構造を示す斜視図を図1に、側断面図を図2に示す。ロボットアーム10は大きくは、アーム支持体1とアーム部2とハンド部3とを有する。

アーム部2は、屈曲可能に連結された平板形状を有する複数の上部構造体(第1構造体)22からなる上部構造体群(第1構造体群)20と、底板側において屈曲可能に連結された断面コ字等の溝形状を有する複数の下部構造体(第2構造体)23からなる下部構造体群(第2構造体群)21とを主要構造物として備える。複数の上部構造体22のうち先端の上部構造体22は複数の下部構造体23のうち先端の下部構造体23と接続される。上部構造体群20と下部構造体群21との接合状態が保持されることによりそれぞれの屈曲が拘束されて所定の剛性を備えた柱状体としてのアーム部2が構成される。上部構造体群20と下部構造体群21との分離により柱状体が解除され、上部構造体群20と下部構造体群21それぞれが屈曲状態に回復される。上部構造体群20と下部構造体群21との接合状態を保持するためにロック構造が設けられる。ロック構造は、上部構造体22に設けられたロック部22b1,22b2の貫通孔(ロックピンホール)29と、下部構造体23に設けられたロック部受部27b1,27b2の突起(ロックピン)26b1,26b2とからなる。ロックピンホール29にロックピン26b1,26b2が差し込まれることにより上部構造体群20と下部構造体群21との接合状態が保持され、ロックピンホール29からロックピン26b1,26b2が抜かれることにより上部構造体群20と下部構造体群21との屈曲可能な状態に復帰される。 (アーム支持体) アーム支持体1は図示しない固定台に取り付けられる第1回転関節部J1を中心に形成される中空構造を有し、アーム部2及びハンド部3を支持している。また、固定台を使用せずGを接地面として床などに固定するアーム支持体1も考えられる。

アーム支持体1は、図示しない台に取り付けられる第1支持部11aと、第2支持部11bと、第3支持部11c、第1回転関節部J1(回転関節手段)及び第2回転関節部J2とを有する。

第1支持部11a及び第2支持部11bは、図1に示すようにそれぞれ中空構造となっている。第2支持部11bの一端は第1回転関節部J1に固定されて配設される。

第3支持部11cも中空構造を有し、第1支持部11a及び第2支持部に連通している。後述するアーム部2の構成要素の一部は、第1支持部11aと第2支持部11bと第3支持部との内部に収納することができるように構成される。

第1回転関節部J1は、第1支持部11aと第2支持部11bとの間に配設される。第1回転関節部J1はアーム支持体1の上部中心付近に配設され、第2支持部11bを支持して回転関節として機能する。例えば第1回転関節部J1は、アーム支持体1の中心軸、すなわち第1支持部11a及び第2支持部11bの中心軸を中心とする回転軸を有する回転関節として構成される。第1回転関節部J1が回転すると第2支持部11b、第3支持部11c、アーム部2及びハンド部3が上記回転軸を中心として水平方向に回転する。

第2回転関節部J2は、第2支持部11bのアーム部2側の端部に位置しており、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回転関節部J2が回転すると、第3支持体11c、アーム部2及びハンド部3がアーム支持体1に対して第2回転関節部J2の回転軸を中心に垂直方向に回動する。

第2回転関節部J2は、アーム支持体1とアーム部2との間にあるものを強固に挟んでしまわない程度の角度とアーム支持体1の中心軸からの距離を持たせるように構成されている。

この実施形態では、アーム支持体1が、接地面Gから鉛直方向に伸びているが、本発明は鉛直方向に限られず接地面Gから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、図1に示すようにアーム部2の先に配設されている。ハンド部3は、第4回転関節部J4、第5回転関節部J5、第6回転関節部J6、第7回転関節部J7と、第1指16a及び第2指16bを有している。この第1指16a及び第2指16bは2指ハンド16を構成する。第4回転関節部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(アーム軸ともいう)を中心とする回転軸を有する回転関節である。第4回転関節部J4が回転すると、第4回転関節部J4から先端にかけてハンド部3が上記回転軸を中心に回動する。

第5回転関節部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回転関節が回転すると、第5回転関節部J5から先端に掛けての2指ハンド16が上記回転軸を中心に回動する。

第6回転関節部J6は、アーム軸と第5回転関節部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回転関節部J6が回転すると2指ハンド16が上記回転軸を中心に回動する。

第7回転関節部J7は、2指ハンド16の第1指16aと第2指16を回動する。即ち、第7回転関節部J7により第1指16aと第2指16bの先端部が互いに近づくように回動することで2指ハンド16が閉じ、2指ハンド16は何らかの物を把持する動作となる。

一方、第1指16aと第2指16bの先端部が互いに遠ざかるように動作することで、2指ハンド16が開き2指ハンド16が把持したい物を離す動作となる。また、コップの内面など筒状の物に2指ハンド16を挿入し、広げることにより物を保持することも可能である。

なお、本実施形態ではハンド部3として2指ハンド16を用いるが、本発明はこれに限定されず、3以上の指を有するハンド部であってもよい。

また、本発明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に代えてアーム部の先端に接続することも可能である。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が可能である。

本発明でいう、伸縮アーム機構は、このハンド部の元の部分であり、ハンドが接続されていなくてもよい。 (アーム部) アーム部2は、直動伸縮アーム関節部J3を有しており、アーム部2の先端に上述のハンド部3が設けられる。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16を望みの姿勢、位置にすることが可能である。図1に示す直動伸縮アーム関節が縮んだ状態から伸張させることにより、ハンド部3をより遠くに伸ばして物を掴んだり離したりすることができ、またこの関節を収縮させることにより近くの物を把持したり離し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でロボットアームを切断した伸縮アーム機構の部分的な断面図である。

アーム部2の主な構成要素は、直動伸縮アーム関節部J3を構成する上部構造体群20及び下部構造体群21と、この直動伸縮アーム関節部J3を駆動する駆動機構24である。

直動伸縮アーム関節部J3は、図1に示すようにロボットアーム10の鉛直方向に伸びたアーム支持体1内部に格納された状態から、第3支持部11c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の重なり合わせにより両構造体は硬直されアーム部2を形成する。アーム部2は、第2回転関節部J2によって、第2回転関節部J2を中心に回動する。

図1及び図6に示すように、上部構造体群20を構成する各上部構造体22は内面に凹凸構造22aを有する。この凹凸機構(リニアギア(ラック))22aは連結されている上部構造体22が直線状になった時に連続し、図2に示すようにこの連続した凹凸構造22aに歯車(ピニオンギア)24aがかみ合い、この歯車を駆動するアクチュエータにより上部構造体22は移動する。この凹凸構造22aの両側に図7Dにおいてみることができる、ロック部22b1,22b2が設けられている。上部構造体22と下部構造体23がかみ合わされるとき、後で詳しく述べるようにこのロック部22b1,22b2が重要な機能を果たす。

上部構造体群20は、垂直部分では上下に、水平部分では左右方向に移動しこれに連結された下部構造体群も同じ方向に移動する。この動作により矢印AR1に示すようにアーム部2の伸縮が行われる。図3にアーム部2が伸張した状態を示す。歯車24aは上部構造体22が直線状になる位置の近くに設けられる。 (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及び図6に示すように共通ブロック体26が設けられており、共通ブロック体26に隣接する上部構造体22はこの共通ブロック体26に連結されており、共通ブロック体26に隣接する下部構造体23も、この共通ブロック体26に連結されている。共通ブロック体26は、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。アーム部が延ばされるときには、この共通ブロック体26が始端となって、上部構造体22と下部構造体が連結され、1つの剛体を形成することになる。

なお、本実施形態では共通ブロック体26が一体となった形状となっている。しかし本発明はこれに限定されず、上部構造体20と下部構造体21との先端部分が直動伸縮アーム関節部J3の伸縮時に意図せずに離れてしまうことがなければよい。

したがって上述の構成に限られず、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、ネジによる固定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26として用いてもよい。 (下部構造体群(第2構造体群)) 下部構造体群21の側面図を図4に示す。下部構造体群21は、複数個の下部構造体(第2構造体)23から成り、すべての下部構造体23は一端の下部構造体23から他端の下部構造体まで一連となってつながっている。下部構造体23同士は、回転軸Xを介してこれと直交する方向に連結されている。この回転軸に平行な方向に沿った下部構造体の幅はいずれも等しい。

隣接して設けられる下部構造体23の構造を図5A〜図5Eに示す。図5Aは下部構造体23の側面図であり、図5Bは図5Aの矢印AR2方向から下部構造体23を見た斜視図であり、図5Cは図5Aの矢印AR3方向から下部構造体23を見た斜視図である。図5D及び図5Eは、隣接する下部構造体の変形例であり、図5B、図5Cに対応する一部斜視図である。

下部構造体23は上面解放の中空ブロック構造で、移動方向と垂直に断面U字状の構造を有しており、移動方向に対して底側面の一方には隣接する下部構造体23の貫通孔に回動可能に軸支される回転軸25a、他方には他方の隣接する下部構造体23の回転軸25aを両側から受ける軸受部25b1,25b2が設けられている。軸受部25b1,25b2と回転軸25aには貫通孔が設けられており、この共通する貫通孔にピンを通すことにより、下部構造体23が回転可能に連結される。なお、上記貫通孔はなくても軸受部25b1,25b2と回転軸25aが相対的に回転可能になっていればよい。

即ち回転軸25aと軸受部25b1,25b2が、隣同士の下部構造体23の境界で同一の回転軸Xを形成し、これにより下部構造体が連結され、回転軸Xを中心に下部構造体23は回転可能になる。

軸受部25b1,25b2の上方には、上部構造体22の孔に挿入される突起26b1,26b2を有する。また、回転軸25aの上方の両側には、ロック部22b1,22b2を受けるロック部受部27b1,27b2を有する。

ところで、図5B及び図5Cの構造では、回転軸が1つ、軸受部が2つにより連結されていた。しかし、回転軸が2つに分かれ、これに応じて軸受部が3つになっていてもよい。即ち図5D及び図5Eに示すように、一方の下部構造体に回転軸25c1,25c2を有しこれに応じて隣接する下部構造体に3つの軸受部25d1,25d2,25d3を有する。同様に、回転軸及びこれに対応する軸受部が更に多くてもよい。

上述のように各下部構造体の底面部は連結されているので、下部構造体群21は下方に湾曲可能である反面、各下部構造体の側面は隣接下部構造体同士でぶつかるので、上方に曲げようとしても曲げられず底面が直平面になる程度である。

なお、下部構造体が上記のように中空ブロック構造(枠体)になっていると、中央部分の材料が除かれるので、軽量化を図ることができる利点がある。 (上部構造体群(第1構造体群)) 上部構造体群20と共通ブロック体26を下から見上げた斜視図を図6に示す。このように上部構造体群20の一端は共通ブロック体26に固定されている。連結されている上部構造体(第1構造体)22は中央付近に所定幅の凹凸構造22aを有する。

上部構造体群20は複数個の上部構造体22から成り、すべての上部構造体22は一端の上部構造体から他端の上部構造体まで一連に連結している。上部構造体同士は、回転軸中心Yを介してこの回転軸中心Yに直交する方向に連結される。回転軸中心Yに平行な方向に沿った上部構造体22の大きさ、即ち上部構造体22の幅はいずれも等しい。

各々の上部構造体22の構造を、図7A〜図7Dにより説明する。図7Aは上部構造体22の側面図であり、図7Bはロック部の構造を示す図である。また、図7Cは、図7Aの矢印AR5方向から見た上部構造体22の斜視図であり、図7Dは、図7Aの矢印AR6方向から見た上部構造体22の斜視図である。

上部構造体22は、平板状の構造をしており、その移動方向の中央付近に所定幅の凹凸構造22aを有し、その両側に一対のロック部22b1,22b2を備える。上部構造体22も回転軸28aと、この回転軸28aを両側で受ける軸受部28b1,28b2を有する。勿論、両側でなく片側のみに軸受部を有する構造としてもよい。

軸受部28b1,28b2と回転軸28aには貫通孔が設けられており、この共通する貫通孔にピンを通すことにより、上部構造体22が回転可能に連結される。

即ち回転軸28aと軸受部28b1,28b2が、隣同士の下部構造体22の境界で同一の回転軸中心Yを形成し、これにより上部構造体が連結され、回転軸中心Yを中心に上部構造体22は回転可能になる。回転軸28a及び軸受部28b1,28b2は共通の回転軸中心Yで連結されている。なお貫通孔はなくても、上部構造体22は回転可能であればよい。

また、図7Eに示すように、軸受部を3つ、即ち28d1,28d2,28d3を設け、対応する回転軸を2つとしてもよい。

隣接する上部構造体22はその境界において回転軸を共通に有しこの回転軸中心Yを中心に回転する。

各上部構造体22は板状体であり、隣の上部構造体22と連結されているので、上部構造体群20は下方に湾曲可能である反面、上方に曲げようとしても曲げられず底面が直平面になる程度が限度である。上部構造体22の連結部を、上方に曲げられない構造になるような構造にしてある。

なお、上部構造体22の凹凸構造22aの両側に設けられる一対のロック部22b1,22b2は、図7Bに示す側面図から理解されるように、台形状をしており、上部構造体22の移動方向のほぼ中央で、凹凸構造22aの両側に設けられている。このように、一対のロック部22b1,22b2は上部構造体の伸張短縮方向に直角な方向に対して左右対称である。本発明において、このように左右対称である必要は必ずしもない。

一対のロック部22b1,22b2の台形の一面(伸長時移動方向に対して後面)は垂直面29aであり、他面(伸長時移動方向に対して前面)は斜面29bになっている。そしてそのほぼ中央に、貫通孔29が設けられている。上部構造体群20と下部構造体群21の一連の構造体がかみ合わされるときには、一対のロック部22b1,22b2の一対の斜面29bは、下部構造体23の一対のロック部受部27b1,27b2が当接され、貫通孔29には左方(矢印AR7)から下部構造体23の突起26b1,26b2が嵌合(挿入)される。

この機構により、アーム部が伸張されるとき上部構造体22と下部構造体23がかみ合い、上部構造体群20と下部構造体群21がロックされ剛体となる。

なお、ロック部の貫通孔29は、突起26b1,26b2が挿入されればよいので、必ずしも斜面29b迄通った貫通孔である必要はなく、左方(伸長時移動方向に対して後面)が空いた凹部であってもよい。

上記突起26b1,26b2は互い違いに設けられていてもよく、一方だけ設けられていてもよい。

このように上部構造体に設けられるロック機構には、下部構造体の上部角付近に設けられた嵌合部(この実施形態では突起)が嵌合してロックされる。

ところで、このように上部構造体に設けられるロック機構に嵌合する嵌合部は、必ずしも下部構造体の上部角付近に設ける必要はない。 (駆動機構) 次に、アーム部を伸張短縮するときの駆動機構、即ち歯車24aとこれを回転させるときの動作について説明する。歯車24aは、上部構造体22の下面に固設されている凹凸構造22aとかみ合わせられる。

図2に示すように、歯車24aはベルトBLにより駆動手段であるモータM1に連結されている。このモータM1の正逆回転により、歯車24aは回転し上部構造体22の凹凸構造22aとのかみ合いによって、上部構造体群20はその水平部分では矢印AR1方向に移動する。

まず、アーム部2が、伸張するときの動作を説明する。モータM1が歯車24aを時計回り方向に正回転させるとき、隣り合う上部構造体22同士が水平方向に伸びていく。上部構造体群20と下部構造体群21は、右端を共通ブロック体26で固定されている。そして、上部構造体群20の背面(上面)は上ローラR1,R2により支えられており、下部構造体群21の背面(下面)は下ローラR4により支えられている。上ローラR1,R2は下方向に、下ローラR4は上方向に押圧力を作用させても良い。さらに、側面に側面ローラを設置し、横から支えても良い。ここでは上ローラを2個、下ローラを1個示しているが、勿論これ以上又はこれ以下の上ローラ、下ローラが設けられていてもよい。設ける側面ローラの個数に限定は無い。

両方の構造体群は上ローラR1,R2及び下ローラR4に挟まれて、共通ブロック体26により固定されている端から上部構造体22と下部構造体23はかみ合わせられていく。なお、上部構造体22と下部構造体23は、その長さの半分だけ移動方向にずれてかみ合わせられる。

このとき、上部構造体22のロック部22b1,22b2に下部構造体23の突起26b1,26b2が嵌合される。この機構の動作を、この部分の模式図を示す図8A、図8Bにより説明する。ロック部22b2と突起26b2の関係は、ロック部22b1と突起26b1の関係と同じなので、ここでは、代表してロック部22b1と突起26b1の関係について述べる。

図8Aは、隣接する下部構造体231,232が、上部構造体221のロック部22b1に接近する状態を示す。また図8Bは、下部構造体231が上部構造体221に接触した状態を表す。

図8Aの状態では、下部構造体231がまだ上部構造体221の下面に当接していない。しかし、上部構造体群20及び下部構造体群21が右方向に移動していくにつれて、図8Bに示すように下部構造体231が徐々に上方に上がり、下部構造体231の上面が上部構造体221に当接する。次の下部構造体232も徐々に上方に上がり、下部構造体231の上面が上部構造体221の下面に当接する。そのとき、上部構造体のロック部の貫通孔29に下部構造体の突起26b1又は26b2が挿入されロックされる。

これは見方によれば、下部構造体23の上端同志を両側から上部構造体22のロック部により固定していることになる。

次に、アーム部2が、縮む(短縮する)ときの動作を説明する。モータM1が歯車24aを反時計回り方向に逆回転させるとき、隣り合う上部構造体22同士が水平方向において縮んで鉛直方向に垂れ下る状態となる。上部構造体群20は下部構造体群21と右端を共通ブロック体26で固定されているので、下部構造体群の下部構造体も上部構造体群の上部構造体とのかみ合い状態から離脱状態になっていく。このとき、下部構造体から上部構造体の離脱を確実、容易にするために、上部構造体群20と下部構造体群21を離すあたりにガイド部24bが移動方向に垂直方向に設けられている。

ガイド部24bは断面が三角形状であり、図2に示すように厚さが薄い部分は右側に、厚い部分は左側になるように設けられている。これにより、下部構造体群は下側に湾曲させられ、各下部構造体の下側への回動が円滑に行われる。即ち上部構造体の貫通孔29に挿入されている突起26b1,26b2が円滑に離される。

この解除動作は、図8A、図8Bに示した嵌合動作と丁度逆になる。即ち、図8Bに示すようにまず下部構造体232が上部構造体221から離れ、次に図8Aに示すように下部構造体231が上部構造体221から離れる。このようにして、上部構造体221のロック部22b1にロックされていた下部構造体232,231がロック解除される。 なお、ガイド部24bは、三角形状に限定しておらず、ベアリングなどの回転体や、円形などでも良い。

以上述べたように、上部構造体22と下部構造体23はその移動方向において同じ長さを有し、その1/2の長さだけずらされ、両構造体群はハンド部方の端部で固定されてかみ合わされる。かみ合わせの時のロックは上部構造体の略中央で移動方向に対して直角方向に対称に設けられた一対のロック部の貫通孔において、下部構造体の同じ位置で移動方向に突出して設けられた一対の突起を受けることによりなされる。

一方、下部構造体の上部の他端にはやはり移動方向に対して直角方向に斜面を有するロック部受部が設けられており、このロック部受部が、下部構造体が上方に回動するときロック部前方に設けられている斜面に当接され、ロック部におけるロックを確保保持することになる。この機構により上部構造体群と下部構造体群がかみ合わせられるとき剛直状態になるのである。

また、上部構造体群と下部構造体群とが離されるときには、上部構造体の凹凸構造にかみ合わされている歯車24aが、図2上反時計方向に回転駆動される。そして、下部構造体群が下方に湾曲され、即ち各下部構造体が下部にある中心軸を中心に回転することにより下部構造体のロック部受部が、ロック部進行方向前面に設けられている斜面から解放され、次に下部構造体の上方に有する突起がロック部から離脱状態になる。

このようにして、伸張時に一体として剛直状態にされた上部構造体群と下部構造体群は、剛直状態から解除されることになる。

この実施形態においてロック部は、その有する貫通孔に対して後方から突起が挿入されロックされるので、確実にロックがなされる利点がある。

この機構により、アーム部が伸張されるとき上部構造体22と下部構造体23がかみ合い、上部構造体群20と下部構造体群21がロックされ剛体となる。

なお、ロック部の貫通孔29は、突起26b1,26b2が挿入されればよいので、必ずしも斜面28b迄通った貫通孔である必要はなく、左方が空いた凹部であってもよい。

なお、ロック部に有する貫通孔は必ずしも貫通孔である必要はなく、上記突起を受ける、突起の長さ以上の凹部であってもよい。

また、図8Bに示したように上記実施形態において、隣接する下部構造体同士がぶつかる位置に対応して、一方に一対の半円球状の凹部31を設け他方の対応する位置に半円球状の弾力性ある材料例えばゴムで構成される一対の弾力性突起32を設けることができる。アームが伸張するとき、下部構造体群が伸張して、上部構造体群とかみ合わせられるときに下部構造体同士が回動してぶつかるが、上記凹部31に上記弾力性突起32が嵌合する。勿論、半円上でなくとも、凹部と弾力性突起は丁度半円状でなく、対応する凹部とこれに対応する弾力性ある突起が設けられていればよい。

図8Bでは、伸張時前方にある下部構造体の両側ほぼ中央付近に凹部31を設け、後方に連結される下部構造体の両側ほぼ中央付近に対応するゴム突起32を設けた場合について示した。伸張時前方にある下部構造体の両側のほぼ中央付近にゴム突起32を設け、後方に連結される下部構造体の両側ほぼ中央付近に対応する凹部31を設けてもよい。

このような構造を採れば、弾力性突起の弾力性により下部構造体同士が接触する際に生ずる衝撃及び発生音を抑制することができる効果がある。

更に、下部構造体同士だけでなく、上部構造体同士、上部構造体と下部構造体同士の接触部分においても同様に、弾性突起と凹部を設けることができる。これにより、接触時の衝撃及び発生音を抑止することができる効果がある。 (変形例) 上記説明では、上部構造体22のロック部22b1,22b2に貫通孔29を設け、この貫通孔29に下部構造体23の突起26b1,26b2が挿入されることにより、上部構造体22に下部構造体23が固定される。しかし、図12A、図12Bに示すように、上部構造体22のロック部22b1,22b2に突起(ロックピン)26b1,26b2を設け、図13A、図13Bに示すように、下部構造体23のロック部受部27b1,27b2にロックピンホール29b1,29b2を設けるようにしてもよい。上部構造体群20と下部構造体群21とが接合するとき、上部構造体22のロック部22b1,22b2は、隣り合う下部構造体23のロック部受部27b1,27b2に挟まれ、上部構造体22のロックピン26b1,26b2が下部構造体23のロックピンホール29b1,29b2に嵌合され、下部構造体23が上部構造体22に固定される。それにより上部構造体群20と下部構造体群21との接合状態が保持され、所定の剛性を備えた柱状体としてのアーム部2が構成される。 <第2の実施形態> 上記第1の実施形態では、嵌合部は、下部構造体の突起が上部構造体のロック部の貫通孔に嵌合することにより、上部構造体と下部構造体がロックされるような構造になっていた。しかし、このような構造に限られず、他の構造によって上部構造体と下部構造体をロックする嵌合部を用いることも可能である。

例えば、上部構造体の凹凸構造の両側に固定されたロック部に、水平方向に湾曲部を設けて、この凹部に下部構造体上部に設けられた棒状体をロックする構造である。この実施形態について次に述べる。第1の実施形態においてアーム支持体、ハンド部、アーム部、共通ブロック体、駆動機構について記述した部分は、上部構造体や下部構造体について述べた部分を除いて、この第2の実施形態においても同様である。上部構造体及び下部構造体以外の部分については上記第1の実施形態におけると同じ番号を用いて説明する。

この実施形態における上部構造体42の構造を図9A及び図9Bに示し、下部構造体43の構造を図10に示す。図9Aは、上部構造体42の側面図であり、図9Bは、上部構造体42のその進行方向に対する正面図である。図10は、下部構造体43の側面図である。図11Aは、下部構造体43と上部構造体42が連結した状態におけるその進行方向に対する正面図であり、図11Bは下部構造体43と上部構造体42が連結した状態における側面図である。

この実施形態においても、平板上の上部構造体42が連結されて上部構造体群を構成し、下部構造体43が連結されて下部構造体群を構成する。 (下部構造体群(第2構造体群)) 下部構造体43の側面図を図10に示す。下部構造体群は、複数個の下部構造体(第2構造体)43から成り、すべての下部構造体43は一端の下部構造体43から他端の下部構造体まで一連となってつながっている。下部構造体群を構成する下部構造体43の幅はいずれも等しい。図10は、下部構造体43が、上部構造体と連結される前の状態を示しており、回転軸中心Xを中心に矢印AR8方向に回動させることにより、上部構造体42とかみ合わせられる。

図11Aに示すように、回動したとき上部となる下部構造体43の上角部の内側には、両側から内部に突出した突出部46b1,46b2を有する。一方、図10に示すように下部構造体43の他の上角部の両側には、ロック部42b1,42b2を受けるロック部受部47b1,47b2を有する。

各下部構造体の底面部は回転軸中心Xに連結される。したがって、下部構造体群は下方に湾曲可能である反面、各下部構造体の側面は隣接する下部構造体同士が接触するので、上方に曲げようとしても曲げられず底面が直平面になる程度が限度である。 (上部構造体群(第1構造体群)) 上部構造体群は、複数の上部構造体(第1構造体)42から成り、すべての上部構造体42は、一端の上部構造体から他端の上部構造体まで一連に連結する。上部構造体42同士は回転軸中心Yを介してこの回転軸中心Yを中心にして下方向に回転可能である。したがってアーム部2が伸びる状態のときには、最大限で上方向に回転するが、水平となる状態が限界であり、これは上部構造体群が直線状になっている状態を意味する。

上部構造体群の一端は共通ブロック体26に固定されている。連結されている上部構造体42はその中央付近に所定幅の凹凸構造42aを有する。上部構造体群を構成する上部構造体42の幅はいずれも等しい。

上部構造体42は、平板状の構造をしており、その移動方向の中央に有する凹凸構造42aの両側にロック部42b1,42b2を備える。

隣接する上部構造体42はその境界の下部において回転軸を共通に有しこの回転軸中心Yを中心に回転する。

各上部構造体42は板状体であり、隣の上部構造体42と連結されている。上部構造体42の連結部を、上方に曲げられない構造になるようにしている。したがって、上部構造体群は下方に湾曲可能である反面、上方に曲げようとしても曲げられず底面が直平面になる程度が限度である。

なお、上部構造体42の凹凸構造42aの両側に設けられるロック部42b1,42b2は台形状をしており、台形の一面は垂直面49aであり、他面は斜面49bになっている。そしてその中央付近に、横方向に棒状に湾曲する凹部49が設けられている。

図11Bに示すように、上部構造42体と下部構造体43がかみ合わされるときには、ロック部42b1,42b2の斜面49bは、下部構造体43のロック部受部47b1,47b2が当接され、凹部49には左方から下部構造体43の突出部46b1,46b2が挿入される。

この実施形態においても、第1の実施形態を示す図8Bで示したように、隣り合う下部構造体同士が接触する位置に対応して、一方に一対の半円球状の凹部を設け他方の対応する位置に半円球状の弾力性ある材料例えばゴムで構成される一対の弾力性突起を設けることができる。アームが伸張するとき、下部構造体群が伸張して、上部構造体群とかみ合わせられるときに下部構造体同士が回動してぶつかるが、上記凹部に上記弾力性突起が嵌合する。勿論、半円上でなくとも、凹部と弾力性突起は丁度半円状でなく、対応する凹部とこれに対応する弾力性ある突起が設けられていればよい。

伸張時前方にある下部構造体の両側ほぼ中央付近に凹部を設け、後方に連結される下部構造体の両側ほぼ中央付近に対応するゴム突起を設けた場合について示した。伸張時前方にある下部構造体の両側ほぼ中央付近にゴム突起を設け、後方に連結される下部構造体の両側ほぼ中央付近に対応する凹部を設けてもよい。

この実施形態においても、このような構造を採れば、弾力性突起の弾力性により下部構造体同士が接触する際に生ずる音を抑制することができる効果がある。

更に、下部構造体同士だけでなく、上部構造体同士、上部構造体と下部構造体同士の接触部分においても同様に、弾性突起と凹部を設けることができる。これにより、接触時の衝撃及び発生音を抑止することができる効果がある。

ところで、本発明では、かみ合わせられる構造体は、便宜上、上部構造体と下部構造体と称している。しかし、上部構造体は下部構造体より常に上に位置しているとか限られず、動作中、例えば回転関節などによりアーム部が回転させられるとき等においては上部構造体よりも下部構造体が上の位置にある場合もある。

上記実施形態において、上部構造体と下部構造体はほぼ半分の長さだけずれてかみ合わせるようにしていた。このようにすると、強度的に強い利点がある。しかし、本発明ではこのように半分の長さだけずらさず、一部ずらす、あるいは上部構造体と下部構造体をまったく一致させてかみ合わせるようにしてもよい。また上部構造体と下部構造体の長さも同じである必要は必ずしもない。

上記実施形態においては、上部構造体の下面中央に凹凸溝を設け、その両側にロック部を設けていた。しかし、上部構造体の下面中央に設けず偏らせて設けてもよい。また、ロック部も対称な位置に2個設ける必要はなく、対称でない位置に設けてもよく、更にロック部を上部構造体に1個設けるようにしてよい、 本発明の実施形態によれば、確実かつ円滑に伸張及び短縮することが可能な伸縮アーム機構及びロボットアームが得られる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

1…アーム支持体、2…アーム部、3…・ハンド部、10…ロボットアーム、11a…第1支持部、11b…第2支持部、11c…第3支持部、J1…第1回転関節部、J2…第2回転関節部、J3…直動伸縮アーム関節部、J4…第4回転関節部、J5…第5回転関節部、J6…第6回転関節部、J7…第7回転関節部、16…2指ハンド、20…上部構造体群、21…下部構造体群、22,42…上部構造体、22a…凹凸構造、22b1,22b2…ロック部、23,43…下部構造体、24a…歯車、24b…ガイド部、25a…回転軸、25b1,25b2…軸受部、26…共通ブロック体、26b1,26b2…突起、27b1,27b2,47b1,47b2…ロック部受部、X,Y…回転軸中心、29a…垂直面、29b…斜面、29…貫通孔、31…凹部、32…弾力性突起、46b1,46b2…突出部。