JP2018071704A - 直動伸縮機構及びそれを備えたロボットアーム機構 - Google Patents

Abstract

【課題】直動伸縮機構において強度低下を抑えながらアーム部の軽量化を図ること。【解決手段】直動伸縮機構は、互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマ５３と、互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマ５４と、先頭の第１コマと先頭の第２コマとを結合する結合部５５と、第１、第２コマを前後移動自在に支持するとともに、第１、第２コマが前方に移動するとき第１、第２コマを接合させ、第１、第２コマが後方に移動するとき第１、第２コマを分離させる支持部２５とを具備し、第１、第２コマは、第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に幅が狭くなる。【選択図】 図５

Description

本発明の実施形態は直動伸縮機構及びそれを備えたロボットアーム機構に関する。

従来から多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなど様々な分野で用いられている。発明者らは直動伸縮機構の実用化を達成した（特許文献１）。この直動伸縮機構は、肘関節を不要とする極座標形ロボットアーム機構の可動領域を拡大して実用性を高める非常に有益な構造である。

直動伸縮機構は、屈曲自在に連結された複数の平板形状のコマと、同様に屈曲自在に底板側で連結された複数のコ字溝形状のコマとを有してなり、これらが互いに接合することで直線状に硬直され一定の剛性を有する柱状のアーム部が構成される。直動伸縮機構のモータが順回転すると硬直して柱状体となったアーム部がアーム支持部から送り出され、逆回転するとアーム部は引き戻される。アーム支持部の後方ではコマの接合状態は解除され、硬直状態から屈曲状態に回復する。屈曲状態に回復した２種類のコマはその一方のコマの底部側に屈曲され、支柱部内部に収容される。

この直動伸縮機構は上述のように多数のコマを必要とするためアーム部の重量が増加する傾向にある。コマを薄厚小型軽量化してアーム部の軽量化を図ると、コマ自体の強度低下、さらにコマを連結するヒンジ構造の強度低下が生じるおそれがあり、アーム部の強度が低下してしまう。その一方で、アーム部の強度を向上させようとすると、コマの重量が増加し、アーム部の重量化も避けられない。このようにアーム部の軽量化と強度向上とはトレードオフの関係にあった。

特許第5435679号公報

目的は、直動伸縮機構において強度低下を抑えながらアーム部の軽量化を図ることにある。

本発明の一実施形態に係る直動伸縮機構は、互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、前記第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に幅が狭くなることを特徴とする。

図１は、第１実施形態に係る直動伸縮機構を備えたロボットアーム機構の外観斜視図である。 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図である。 図４は、図１のロボットアーム機構を図記号により示す図である。 図５は、図３のアーム部を示す図である。 図６は、図３の第１コマを示す図である。 図７は、図３の第２コマを示す図である。 図８は、第１実施形態の変形例に係るアーム部を示す図である。 図９は、図８の第２コマを示す図である。 図１０は、第１実施形態の変形例に係るアーム部を示す図である。 図１１は、図１０の第１コマを示す図である。 図１２は、第２実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部を示す図である。 図１３は、第２実施形態の変形例に係るアーム部を示す図である。 図１４は、第３実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部を示す図である。 図１５は、図１４の第２コマを示す図である。 図１６は、第３実施形態の変形例に係る直動伸縮機構のアーム部を示す図である。 図１７は、図６の第１コマを示す図である。 図１８は、第４実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部を示す図である。 図１９は、第５実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部を示す図である。

以下、図面を参照しながら第１乃至第５実施形態に係る直動伸縮機構及びそれを備えたロボットアーム機構を説明する。
（第１実施形態）
図１、図２は第１実施形態に係る直動伸縮機構を備えた極座標形のロボットアーム機構の外観図である。図３は直動伸縮機構の内部構造を示している。図４はロボットアーム機構を図記号で表している。ロボットアーム機構は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基台１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は主にエンドエフェクタ（手先効果器）の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮機構である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮機構として構成される。

ロボットアーム機構の基台１には概略的に円筒体をなす支柱部２が設置される。支柱部２は上下に分離され、支柱下部の下部フレーム２１と支柱上部の上部フレーム２２とは第１関節部Ｊ１で接続される。第１関節部Ｊ１は、基台１の接地面に対して垂直な第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。下部フレーム２１は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。上部フレーム２２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続される。第１関節部Ｊ１の回転によりアーム部５は水平に旋回する。

円筒体をなす支柱部２のフレーム２１，２２の内部中空には後述する第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上には第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は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。起伏部４は、第２関節部Ｊ２の固定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、上部フレーム２２に載置される。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、支持部（送り出し機構）２５が取り付けられる。送り出し機構２５は、ローラユニット５８、ドライブギア５６、ガイドローラ５７を支持する。送り出し機構２５は、第１、第２コマ列５１，５２を前後移動自在に支持するとともに、第１、第２コマ列５１，５２が前方に移動するとき第１、第２コマ５３，５４を接合させ、第１、第２コマ列５１，５２が後方に引き戻されるとき第１、第２コマ５３，５４を分離させる。第２関節部Ｊ２の回転によりアーム部５は上下に起伏する。

第３関節部Ｊ３を成す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、従前の直動範囲が限定的であって、直動範囲と同長の引き込み範囲を備えたソリッドな直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３は第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部５が伸縮する直動伸縮機構である。第３関節部Ｊ３によりアーム部（柱状体）５が第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的剛性を維持した状態で前後に伸縮する。

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。図５に示すように、典型的には第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は平板形状に限定されることはなく、溝状体又は筒状体であってもよく、さらにその横断面形状も、コ字形状、ロ字形状といった四角形（矩形）に限定されることはなく、三角形や五角形などの多角形状、さらに円形、楕円形、円や楕円の一部が切り欠かれた円弧形状であっても良い。ここでは第１コマ５３は略平板形に構成されるものとして説明する。

第２コマ列５２は屈曲自在に連結された複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は典型的には図６に示すように横断面コ字形状の溝状体をなす。第２コマ５４は横断面コ字形状の溝状体に限定されることはなく、他の様々な横断面形状の溝状体又は筒状体を採用される事ができる。例えば第２コマ５４は横断面ロ字形状の筒状体であってもよい。第２コマ５４は溝状体又は筒状体をなし、その横断面形状は、四角形（矩形）に限定されることはなく、三角形や五角形などの多角形状、さらに円形、楕円形、円や楕円の一部が切り欠かれた円弧形状であっても良い。ここでは第２コマ５４は横断面コ字形状の溝状体に構成されるものとして説明する。

後述の通り、第１コマ５３と第２コマ５４は接合される。上述した第１コマ５３と第２コマ５４の各形状のもとで、第１コマ５３と第２コマ５４が接合された状態での横断面の全体形状としては、四角形、三角形、ひし形、台形、それ以外の多角形、Ｈ形、円形、楕円形をなす。

第２コマ５４は底板どうし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のうち先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２のうち先頭の第２コマ５４とは結合コマ５５により接続される。

結合コマ５５はその上部が下部よりも後方に突出した形状を有するブロックである。上部の下部に対する突出長は、第２コマ５３の長さの半分の長さである。上部は第１コマ５３と同厚、下部は第２コマ５４と同厚である。上部に先頭の第１コマ５３が屈曲可能に接続され、下部に先頭の第２コマ５４が屈曲可能に接続される。第１コマ５３同士の連結位置は、第２コマ５４同士の連結位置に対して１／２長ずれている。前後の第２コマ５４の開閉位置（連結位置）は第１コマ５３の前後中央に位置する。この位置に後述するロック機構が装備される。

第１、第２コマ列５１，５２は四角筒体形状の支持部（ローラユニット５８）５８の上下ローラ５９に押圧されて接合される。接合された第１、第２コマ列５１，５２は柱状のアーム部５を構成する。なお、第１、第２コマ５３，５４がそれぞれ上述した典型的な横断面形状であれば、第１、第２コマ５３，５４は接合により硬直して直線的な柱状体をなす。しかし、第１、第２コマ５３，５４の平面形状が台形形状又は円環形状の一部形状であれば、第１、第２コマ５３，５４は接合により硬直して曲線的な柱状体をなす。

ローラ５９の列の後方にはドライブギア（ピニオン）５６が設けられる。ドライブギア５６は減速器を介して図示しないモータに接続される。図５（ｂ）に示すように第１コマ５３の内壁の幅中央には前後にわたってリニアギア２３９が設けられている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに前後のリニアギア２３９は直線状につながって長いリニアギア（ラック）を構成する。ドライブギア（ピニオン）５６は、直線状のリニアギア２３９に噛合される。直線状につながったリニアギア２３９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が順回転するときアーム部５が前方に伸長する。ドライブギア５６が逆回転するときアーム部５が起伏部４の内部に引き戻され収縮する。支持部５８の後方まで引き戻され、上下ローラ５９による押圧から開放された第１、第２コマ列５１，５２は互いに分離する。分離した第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、起伏部４内でともに同じ方向（第２コマ５４の底板側）に屈曲し、支柱部２の内部に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行な状態で収納される。

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、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特徴的である。

図５（ａ）は図３のアーム部５の上方斜視図、図５（ｂ）は図３のアーム部５の平面図、図５（ｃ）は図３のアーム部５の底面図である。図５に示すように、アーム部５は、その厚みが一定の柱状体であり、前方に向かって漸次的に幅が狭く構成される。つまりアーム部５はその幅が前方に向かって徐々に細くなるように構成される。以下、図５に示すアーム部５を構成するための、第１、第２コマ５３，５４の構造を説明する。

図６（ａ）は図３の第１コマ５３の側面図、図６（ｂ）は図３の第１コマ５３の平面図、図６（ｃ）は図３の第１コマ５３の下方斜視図、図６（ｄ）は図３の第１コマ５３の上方斜視図である。図６（ａ）に示すように、第１コマ５３は、その厚みが一定（前方部分の厚みＴ１１ｆが後方部分の厚みＴ１１ｆと同一）に構成される。また、図６（ｂ）に示すように、第１コマ５３の本体部５３０は、その幅が前方に向かって漸次的に狭く構成され、その形状は前方部分の幅Ｗ１１ｆが後方部分の幅Ｗ１１ｒよりも狭い平面台形状をなす。

本体部５３０の前方には縁部５３１から延設した状態で一対の軸受ブロック５３２が設けられる。本体部５３０の後方には軸受ブロック５３３が縁部５３１の間に設けられる。第１コマ５３の前端の一対の軸受ブロック５３２の間に、他の第１コマ５３の後端の軸受ブロック５３３が嵌め込まれる。前端の軸受ブロック５３２には、第１コマ５３の幅方向と平行に軸孔５３４が貫通されている。後端の軸受ブロック５３３にも、第１コマ５３の幅方向と平行に軸孔５３５が貫通されている。前後の第１コマ５３において、後方の第１コマ５３の軸受ブロック５３２の間に、前方の第１コマ５３の軸受ブロック５３３が差し込まれる状態で軸孔５３５と軸孔５３４とは連通する。連通する軸孔５３５と軸孔５３４にはシャフトが挿入される。一対の軸受ブロック５３２、軸受ブロック５３３及びシャフトからなるヒンジ構造により、第１コマ５３は屈曲可能に連結される。

図７（ａ）は図３の第２コマ５４の側面図、図７（ｂ）は図３の第２コマ５４の底面図、図７（ｃ）は図３の第２コマ５４の後方斜視図、図７（ｄ）は図３の第２コマ５４の前方斜視図である。第２コマ５４は底板５４１と一対の側板５４０からなる全体として断面コ字形の溝形状（鞍形状）を有する。図７（ａ）に示すように、第２コマ５４の側板５４０は、その前方部分の高さＨ２１ｆが後方部分の高さＨ２１ｒと同一に構成される。換言すると、第２コマ５４は、その厚みが一定に構成される。図７（ｂ）に示すように、第２コマ５４の底板５４１は、その幅が前方に向かって漸次的に狭く構成され、その形状は前方部分の幅Ｗ２１ｆが後方部分の幅Ｗ２１ｒよりも狭い台形状をなす。

底板５４１の後方には軸受（ベアリング）５４５を支持する軸受ブロック５４３が一対の側板５４０の間に設けられる。底板５４１の前方には側板５４０から延設する状態で軸受５４４を支持する一対の軸受ブロック５４２が設けられる。前後の第２コマ５４において、前方の第２コマ５４の一対の軸受ブロック５４２の間に、後方の第２コマ５４の軸受ブロック５４３が嵌め込まれる。前方の第２コマ５４の軸受ブロック５４２の軸受５４４は、後方の第２コマ５４の軸受ブロック５４３の軸受５４５と連通する。連通する軸受５４４，５４５に図示しないシャフトが挿入される。一対の軸受ブロック５４２、軸受ブロック５４３及びシャフトからなるヒンジ構造により、第２コマ５４は屈曲可能に連結される。なお、第２コマ列５２は内側（底板５４１の表面側）には屈曲可能であり、その反対側には前後の第２コマ２４はそれら側板５４０の端面同士が当接する直線的に配列する位置で係止する。

上述のようにアーム部５の剛性を高めるためには第１、第２コマ列５１，５２を接合状態を堅持することが必要とされる。そのために第１、第２コマ５３，５４には接合状態を堅持するためのロック機構が設けられる。ロック機構として、第１コマ５３には第２コマ５４に対峙する側の面（裏面、内面）の両側にピンホールブロック５３６が突設けられ、ピンホールブロック５３６を挟み込むように第２コマ５４の前後にチャックブロック５４８とロックピンブロック５４６とが分設されてなる。ピンホールブロック５３６は側面形状が一方の底角が直角である直角台形を示す四角柱形をなす小片であって、前後方向に沿ってピンホール５３７が形成されている。

アーム部５が伸長するとき、前後の第２コマ５４のチャックブロック５４８とロックピンブロック５４６とが第１コマ５３のピンホールブロック５３６をその前後から挟み込み、またロックピンブロック５４６の前方に突出するロックピン５４７がピンホールブロック５３６のピンホール５３７に差し込まれる。それにより第１、第２コマ５３、５４は強固に締結され、接合状態が堅持される。アーム部５が収縮するとき、ローラユニット５８の後方において、第２コマ５４は屈曲可能な状態に復帰し、重力により下方に引かれる。一方、第１コマ５３はドライブギア５６により水平姿勢を維持した状態で後方に引かれる。第２コマ５４が下方に引かれ、第１コマ５３が後方に引かれることで、第１コマ５３のピンホール５３７から第２コマ５４のロックピン５４７が抜け、前後の第２コマ５４の受け部は、第１コマ５３のピンホールブロック５３６を開放し、これにより第１、第２コマ５３，５４の接合状態が解除され、互いに屈曲可能に分離される。

上述したような寸法設計のもとでアーム部５は、その幅が前方に向かって漸次的に狭い柱状体に構成される。直動伸縮機構において、アーム部５とアーム部５を支持するローラユニット５８との間には、アーム部５の自重による負荷が発生する。直動伸縮機構の強度を確保するために、アーム部５の寸法、材質は、アーム部５とローラユニット５８との間に発生する最大負荷よりも大きい支持力をローラユニット５８から得られるように設計されている。ローラユニット５８から得られる支持力はアーム部５とローラユニット５８との間の接触面積を増やすことで向上し得る。アーム部５とローラユニット５８との間の接触面積は、例えばアーム部５の幅を広くしたり、アーム部５の厚みを厚くするなどして増やすことができる。従来のアーム部５の幅と厚みとは一定であり、その寸法はアーム部５とローラユニット５８との間に発生する最大負荷よりも大きい支持力をローラユニット５８から得られるように決定されている。しかしながら、アーム部５とローラユニット５８との間に発生する負荷はアーム部５が縮む程小さく、必ずしもアーム部５はその幅や厚みが一定でなくてもよい。

第１実施形態に係る直動伸縮機構のように、アーム部５を前方に向かって漸次的に幅が狭くなるように第１、第２コマ５３，５４を構成することで、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。つまり、第１実施形態によれば、直動伸縮機構において強度低下を抑えながらアーム部５を軽量化することができる。アーム部５を軽量化できることで、アーム部５の小型化が期待できる。また、アーム部５を軽量化できることで、第１、第２コマ５３，５４を、従来の第１、第２コマ５３，５４よりも強度の低い材質で成形することができるかもしれない。

なお、上記では第１、第２コマ５３，５４の両方を前方に向かって漸次的に幅が狭くなるように構成したが、第１、第２コマ５３，５４のうち一方を前方に向かって漸次的に狭く構成してもよい。

図８、図９で、第１、第２コマ５３，５４のうち第１コマ５３だけが前方に向かって漸次的に幅が狭い構成を説明する。図１０、図１１で、第１、第２コマ５３，５４のうち第２コマ５４だけが前方に向かって漸次的に幅が狭い構成を説明する。

図８（ａ）は、第１実施形態の変形例に係るアーム部５の上方斜視図、図８（ｂ）はアーム部５の平面図、図８（ｃ）はアーム部５の底面図である。図９（ａ）は図８の第２コマ５４を示す側面図、図９（ｂ）は図８の第２コマ５４の底面図、図９（ｃ）は図８の第２コマ５４の後方斜視図、図９（ｄ）は図８の第２コマ５４の前方斜視図である。図８の第１コマ５３は、その寸法と形状とが図６に示す第１コマ５３と同一である。したがって、直線状に整列された第１コマ列５１は、その厚みが一定で、その幅が前方に向かって漸次的に狭い。第２コマ５４は、図９（ａ）に示すように、その一対の側板５４０のそれぞれは、その高さが一定（前方部分の高さＨ２２ｆが後方部分の高さＨ２２ｒと同一）の矩形状に構成される。図９（ｂ）に示すように、第２コマ５４の底板５４１は、その幅が一定（前方部分の幅Ｗ２２ｆが後方部分の幅Ｗ２２ｒと同一）に構成される。したがって、直線状に整列された第２コマ列５２は、その幅と厚みとが一定である。また、第１コマ列５１の最後尾の第１コマ５３の幅は、第２コマ列５２の最後尾の第２コマ５４の幅に略同一である。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は、図８に示すように、その厚みが一定で、第１コマ列５１の幅が前方に向かって漸次的に狭い柱状体に構成される。このように、第１、第２コマ５３，５４のうち第１コマ５３だけを前方に向かって漸次的に狭く構成した場合でも、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。

図１０（ａ）は、第１実施形態の変形例に係るアーム部５の上方斜視図、図１０（ｂ）はアーム部５の平面図、図１０（ｃ）はアーム部５の底面図である。図１１（ａ）は図１０の第１コマ５３を示す側面図、図１１（ｂ）は図１０の第１コマ５３の平面図、図１１（ｃ）は図１０の第１コマ５３の後方斜視図、図１１（ｄ）は図１０の第１コマ５３の前方斜視図である。図１０の第２コマ５４は、その寸法と形状とが図７に示す第２コマ５４と同一である。したがって、直線状に整列された第２コマ列５２は、その厚みが一定で、その幅が前方に向かって漸次的に狭い。第１コマ５３は、図１１（ａ）に示すように、その厚みが一定（前方部分の厚みＴ１２ｆが後方部分の厚みＴ１２ｒと同一）の側面矩形状に構成される。図１１（ｂ）に示すように、第１コマ５３は、その幅が一定（前方部分の幅Ｗ１２ｆが後方部分の幅Ｗ１２ｒと同一）に構成される。したがって、直線状に整列された第１コマ列５１は、その幅と厚みとが一定である。また、第１コマ列５１の最後尾の第１コマ５３の幅は、第２コマ列５２の最後尾の第２コマ５４の幅に略同一である。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は、図１０に示すように、その厚みが一定で、第２コマ列５２の幅が前方に向かって漸次的に狭い柱状体に構成される。このように、第１、第２コマ５３，５４のうち第２コマ５４だけを前方に向かって漸次的に狭く構成した場合でも、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、アーム部５の幅を漸次的に狭くするように第１、第２コマ５３，５４を構成したが、アーム部５の幅を段階的に狭くするように第１、第２コマ５３，５４を構成してもよい。
図１２（ａ）は第２実施形態に係るアーム部５の上方斜視図、図１２（ｂ）は第２実施形態に係るアーム部５の平面図、図１２（ｃ）は第２実施形態に係るアーム部５の底面図である。第１コマ列５１は、第１コマ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ（まとめて第１コマ５３と称す）により構成される。第１コマ５３ａ、５３ｂは、その形状と厚みとが図１１に示す第１コマ５３と同一であり、その幅が互いに異なる。第１コマ５３ａの幅Ｗ１３は第１コマ５３ｂの幅Ｗ１４よりも狭い。第１コマ列５１の前方部分に複数の第１コマ５３ａが配置され、後方部分に複数の第１コマ５３ｂが配置される。第１コマ５３ａと第１コマ５３ｂとは第１コマ５３ｃにより連結される。第１コマ５３ｃは、その構造が図１１に示す第１コマ５３と同一であり、その形状が他の第１コマ５３ａ、５３ｂと異なる。第１コマ５３ｃは、その前方部分の幅が第１コマ５３ａの幅Ｗ１３に構成され、後方部分の幅が第１コマ５３ｂの幅Ｗ１４に構成される。第２コマ列５２は、第２コマ５４ａ、５４ｂ（まとめて第２コマ５４と称す）により構成される。第２コマ５４ａ、５４ｂは、その形状と厚みとが図９に示す第２コマ５４と同一であり、その幅が互いに異なる。第２コマ５４ａの幅Ｗ２３は第２コマ５４ｂの幅Ｗ２４よりも狭い。第２コマ列５２の前方部分に複数の第２コマ５４ａが配置され、後方部分に複数の第２コマ５４ｂが配置される。第１コマ５３ａの幅Ｗ１３は第２コマ５４ａの幅Ｗ２３と同一であり、第１コマ５３ｂの幅Ｗ１４は第２コマ５４ｂの幅Ｗ２４と同一である。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は図１２に示すように、その厚みが一定で、その厚みが前方に向かって段階的に狭くなる柱状体に構成される。このように、アーム部５の幅を前方に向かって段階的に狭くなるように、幅の異なる複数種類の第１、第２コマ５３，５４を使用することで、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。つまり、第２実施形態の直動伸縮機構によれば、強度低下を抑えながらアーム部５を軽量化することができる。

図１２では、第１、第２コマ列５１、５２は幅の異なる２種類のコマで構成したが、第１、第２コマ列５１，５２のうち一方が幅の異なる複数種類のコマで構成してもよい。また、第１、第２コマ列５１，５２のそれぞれが幅の異なる３種類以上の第１、第２コマ５３，５４により構成されてもよい。さらに、複数の第１、第２コマ５３，５４のうち一方において、少なくとも一つのコマが他のコマよりも幅が狭く構成されてもよい。

図１３は第２実施形態の変形例に係るアーム部５の上方斜視図である。ここでは、複数の１コマ５３のうち一つの第１コマ５３ｅが他の第１コマ５３ｄよりも幅が狭く構成される。このように、複数の第１、第２コマ５３，５４のうち少なくとも一つのコマの幅を他のコマよりも狭く構成することで、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、アーム部５の幅を漸次的に狭くするための第１、第２コマ５３，５４の構成を説明したが、アーム部５の厚みを漸次的に薄くするように第１、第２コマ５３，５４を構成してもよい。図１４（ａ）は第３実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部５の上方斜視図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のアーム部５の側面図である。図１５（ａ）は図１４の第２コマ５４の側面図、図１５（ｂ）は図１４の第２コマ５４の底面図である。

第３実施形態において、第１コマ５３は、その形状及び寸法が図１１に示す第１実施形態の変形例の第１コマ５３と同一に構成される。したがって、直線状に整列された第１コマ列５１の幅と厚みは一定である。第２コマ５４は、図１５に示すように、その一対の側板５４０のそれぞれは、前方に向かって漸次的に高さが低く構成され、その形状は前方部分の高さＨ２５ｆが後方部分の高さＨ２５ｒよりも低い側面台形状である。また、第２コマ５４の底板５４１は、その幅が一定（前方部分の幅Ｗ２５ｆが後方部分の幅Ｗ２５ｒと同一）に構成される。したがって、直線状に整列された第２コマ列５２の幅は一定であり、その厚みは前方に向かって漸次的に薄い。第２コマ５４の幅は第１コマ５３の幅と同一に構成される。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は図１４に示すように、その幅が一定で、その厚みが前方に向かって漸次的に薄い柱状体に構成される。このように、アーム部５の厚みを前方に向かって漸次的に薄くなるように第２コマ５４の厚みを前方に向かって漸次的に薄く構成した場合でも、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。つまり、第３実施形態の直動伸縮機構によれば、強度低下を抑えながらアーム部５を軽量化することができる。

なお、アーム部５の厚みを前方に向かって漸次的に薄く構成するために、第１コマ５３の厚みを前方に向かって漸次的に薄くしてもよい。図１６（ａ）は第３実施形態の変形例に係るアーム部５の上方斜視図、図１６（ｂ）は第３実施形態の変形例に係るアーム部５の側面図である。図１７（ａ）は図１６の第１コマ５３の側面図、図１７（ｂ）は図１６の第１コマ５３の平面図である。

第２コマ５４は、その形状及ぶ寸法が図９に示す第１実施形態の変形例の第２コマ５４と同一に構成される。したがって、直線状に整列された第２コマ列５２の幅と厚みは一定である。第１コマ５３は、図１７に示すように、その厚みが前方に向かって漸次的に薄く構成され、その側面形状は前方部分の厚みＴ１５ｆが後方部分の厚みＴ１５ｒよりも薄い台形状である。また、第１コマ５３の本体部５３１は、その幅が一定（前方部分の幅Ｗ１５ｆが後方部分の幅Ｗ１５ｒと同一）に構成される。したがって、直線状に整列された第１コマ列５１の幅は一定であり、その厚みは前方に向かって漸次的に薄い。第１コマ５３の幅は第２コマ５４の幅と同一に構成される。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は図１６に示すように、その幅が一定で、その厚みが前方に向かって漸次的に薄い柱状体に構成される。このように、アーム部５の厚みを前方に向かって漸次的に薄くなるように第１コマ５３の厚みを前方に向かって漸次的に薄く構成した場合でも、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。つまり、第３実施形態の変形例に係る直動伸縮機構によれば、強度低下を抑えながらアーム部５を軽量化することができる。

（第４実施形態）
第２実施形態では、アーム部５の幅を段階的に狭くするための第１、第２コマ５３，５４の構成を説明したが、アーム部５の厚みを段階的に薄くするように第１、第２コマ５３，５４を構成してもよい。図１８（ａ）は第４実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部５の上方斜視図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のアーム部５の側面図である。第４実施形態において、第１コマ５３は、その形状及び寸法が図１１に示す第１実施形態の変形例の第１コマ５３と同一に構成される。したがって、直線状に整列された第１コマ列５１の幅と厚みは一定である。第２コマ列５２は、第２コマ５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ（まとめて第２コマ５４と称す）により構成される。第２コマ５４ｆ、５４ｇは、その形状と幅とが図９に示す第２コマ５４と同一であり、その側板５４０の高さが互いに異なる。第２コマ５４ｆの高さＨ２６は第２コマ５４ｇの高さＨ２７よりも低い。第２コマ列５２の前方部分に複数の第２コマ５４ｆが配置され、後方部分に複数の第２コマ５４ｇが配置される。第２コマ５４ｆと第２コマ５４ｇとは第２コマ５４ｈにより連結される。第２コマ５４ｈは、その構造が図９に示す第２コマ５４と同一であり、その形状が他の第２コマ５４ｆ、５４ｇと異なる。第２コマ５４ｈは、その側板５４０の前方部分の高さが第２コマ５４ｆの高さＨ２６に構成され、後方部分の高さが第２コマ５４ｇの高さＨ２７に構成される。第１コマ５３の幅は第２コマ５４の幅と同一である。

上述した寸法設計のもとで、アーム部５は図１８に示すように、その幅が一定で、その厚みが前方に向かって段階的に薄い柱状体に構成される。このように、アーム部５の厚みを前方に向かって段階的に薄くなるように、第２コマ列５２を側板５４０の高さの異なる複数種類の第２コマ５４で構成することで、アーム部５の伸長距離に応じて変化するアーム部５の自重による負荷よりも大きい支持力を確保しながら、従来の厚みと幅とが一定のアーム部５に比べてアーム重量を軽くすることができる。つまり、第４実施形態の変形例に係る直動伸縮機構によれば、強度低下を抑えながらアーム部５を軽量化することができる。

（第５実施形態）
図１９（ａ）は第５実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部５の上方斜視図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のアーム部５の側面図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）の第１コマ列５１の側面図、図１９（ｄ）は図１９（ａ）の第２コマ列５２の側面図である。第５実施形態において、第１コマ５３は、その形状と寸法とが図６に示す第１コマ５３と同一に構成される。第２コマ５４は、その構造が図１５に示す第２コマ５４と同一に構成され、その一対の側板５４０のそれぞれは、前方に向かって漸次的に高さが高く構成され、その形状は前方部分の高さＨ２５ｆが後方部分の高さＨ２５ｒよりも高い側面台形状である。単位長さあたりの第１コマ５３の厚みの変化は、単位長さあたりの第２コマ５４の側板５４０の高さの変化と同一である。

上述した寸法設計により、第１コマ列５１は前方に向かって漸次的に厚みが薄くなり、その先頭の第１コマ５３の厚みＴ１８は最後尾の第１コマ５３の厚みＴ１９よりも薄く、第２コマ列５２は前方に向かって漸次的に厚みが厚くなり、その先頭の第２コマ５４の側板５４０の高さＨ２８は最後尾の第２コマ５４の側板５４０の高さＨ２９よりも高くなる。第１、第２コマ５３，５４の接合によるアーム部５は、その幅と厚みとが一定の柱状体に構成される。このように、従来と同じように、その厚みと幅とが一定のアーム部５であっても、第１、第２コマ５３，５４のそれぞれの厚みの比率を調整することで、従来のアーム部５に比べて、アーム部５の重量を軽くできる可能性がある。

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。

５…アーム部、５１…第１コマ列、５２…第２コマ列、５３…第２コマ、５４…第２コマ、５５…結合コマ。

Claims (18)

1. 互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
   互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
   前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
   前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
   前記第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に幅が狭くなることを特徴とする直動伸縮機構。
2. 前記第１、第２コマの一方又は両方は平面形状が台形をなすことを特徴とする請求項1記載の直動伸縮機構。
3. 前記第１、第２コマの一方は前方に向かって漸次的に幅が狭くなり、他方は幅が一定であることを特徴とする請求項1記載の直動伸縮機構。
4. 前記第１コマは前方に向かって漸次的に幅が狭くなり、前記第２コマは幅が一定であることを特徴とする請求項３記載の直動伸縮機構。
5. 互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
   互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
   前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
   前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
   前記第１、第２コマの一方又は両方は、少なくとも一が他よりも幅が狭いことを特徴とする直動伸縮機構。
6. 前記第１、第２コマは平面矩形形状をなすことを特徴とする請求項５記載の直動伸縮機構。
7. 前記第１、第２コマの一方又は両方は、前方の複数個の幅が後方の複数個の幅よりも狭いことを特徴とする請求項５記載の直動伸縮機構。
8. 互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
   互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
   前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
   前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
   前記第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に厚みが薄くなることを特徴とする直動伸縮機構。
9. 前記第１、第２コマの一方又は両方は側面形状が台形をなすことを特徴とする請求項８記載の直動伸縮機構。
10. 前記第１、第２コマの一方は前方に向かって漸次的に厚みが薄くなり、他方は厚みが一定であることを特徴とする請求項８記載の直動伸縮機構。
11. 前記第１コマは前方に向かって漸次的に厚みが薄くなり、前記第２コマは厚みが一定であることを特徴とする請求項３記載の直動伸縮機構。
12. 互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
    互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
    前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記第１、第２コマの一方又は両方は、少なくとも一が他よりも厚みが薄いことを特徴とする直動伸縮機構。
13. 前記第１、第２コマは側面矩形形状をなすことを特徴とする請求項１２記載の直動伸縮機構。
14. 前記第１、第２コマの一方又は両方は、前方の複数個の厚みが後方の複数個の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１２記載の直動伸縮機構。
15. 基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、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部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
    前記直動伸縮機構は、
    互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
    互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
    前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に幅が狭くなることを特徴とするロボットアーム機構。
16. 基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、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部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
    前記直動伸縮機構は、
    互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
    互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
    前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記第１、第２コマの一方又は両方は、少なくとも一が他よりも幅が狭いことを特徴とするロボットアーム機構。
17. 基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、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部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
    前記直動伸縮機構は、
    互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
    互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
    前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記第１、第２コマの一方又は両方は前方に向かって漸次的に厚みが薄くなることを特徴とするロボットアーム機構。
18. 基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、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部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アームの先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
    前記直動伸縮機構は、
    互いに前後端において屈曲可能に連結される複数の第１コマと、
    互いに底板前後端において屈曲可能に連結される複数の第２コマと、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第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とともに、前記第１、第２コマが前方に移動するとき前記第１、第２コマを接合させ、前記第１、第２コマが後方に移動するとき前記第１、第２コマを分離させる支持部とを具備し、
    前記第１、第２コマは、前記第１コマが前記第２コマに接合されたとき硬直し、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記第１、第２コマの一方又は両方は、少なくとも一が他よりも厚みが薄いことを特徴とするロボットアーム機構。

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