特許 6104876 ロボットにおけるロール回転構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6104876

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】ロボットにおけるロール回転構造

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/00 20060101AFI20170316BHJP

【ＦＩ】

   B25J17/00 H

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-241956(P2014-241956)

(22)【出願日】2014年11月28日

(65)【公開番号】特開2016-101631(P2016-101631A)

(43)【公開日】2016年6月2日

【審査請求日】2016年8月19日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100131532

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 浩一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155871

【弁理士】

【氏名又は名称】森廣 亮太

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(72)【発明者】

【氏名】永塚 正樹

【審査官】 中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０８３６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２８６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９１１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４８３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８４５５４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６４０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ１／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットの肩部に対して、ロール支持部を介して前記ロボットのロール方向に回転自在となるように取り付けられた腕部を、該ロボットのロール方向に回転駆動するためのロール回転構造であって、
直動の出力軸を有する直動アクチュエータと、
前記直動アクチュエータの本体が前記肩部に隣接する前記ロボットの本体側に位置するように、且つ、該直動アクチュエータの前記出力軸が前記肩部内に出し入れ可能となるように、該肩部に対して該直動アクチュエータを取り付ける取付部と、
前記直動アクチュエータの前記出力軸からの出力が前記腕部の前記ロール支持部でのロール方向の回転モーメントを生成するように、該出力軸と該腕部とを接続する接続部と、
を備え、
前記取付部は、前記直動アクチュエータを前記肩部に対して固定するための固定プレートを有し、
前記固定プレートは、前記肩部と前記直動アクチュエータの本体との間に位置し、
前記直動アクチュエータは、ロール方向に回転自在となるように前記固定プレートに対して取り付けられる、
ロボットにおけるロール回転構造。

【請求項2】

前記肩部と前記腕部は、ともに前記ロボットのピッチ方向に回転するように構成され、
前記直動アクチュエータは、前記肩部と前記腕部とともにピッチ回転するように前記固定プレートに対して取り付けられる、
請求項１に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項3】

前記固定プレートは、前記直動アクチュエータの前記出力軸が貫通する中空部を有し、
前記接続部は、前記中空部を通って前記肩部内に到達した前記直動アクチュエータの出力軸と前記腕部とを接続する、
請求項２に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項4】

前記接続部は、前記ロール方向の回転モーメントによるロール回転面において、前記ロール支持部から所定距離離れた接続位置で、前記直動アクチュエータの前記出力軸を、一又は複数のリンク部材からなる所定のリンク機構を介して前記腕部に接続する、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項5】

前記所定のリンク機構は、
第１肩支持部を介して前記肩部に対して前記ロール方向に回転自在となるように接続され、且つ、前記直動アクチュエータの出力軸が接続される第１ロールリンク部と、
第２肩支持部を介して前記第１ロールリンク部に対して前記ロール方向に回転自在となるように接続され、且つ、前記接続位置で前記腕部に接続される第２ロールリンク部と、
を有する、請求項４に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項6】

前記腕部の前記ロール方向におけるロール回転移動範囲において該腕部が前記肩部に対して最も下方向に延在する状態に近くなる最下方位置から該腕部が最も水平状態に近くなる水平上昇位置に至る場合に、該腕部が、該水平上昇位置を含む所定の上方位置に位置する場合、該最下方位置を含む所定の下方位置に位置する場合と比べて、該直動アクチュエータの変位量に対する該腕部のロール回転量の比率が小さくなるように、前記所定のリンク機構が形成される、
請求項４又は請求項５に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項7】

前記接続部は、前記ロール方向の回転モーメントによるロール回転面において、前記ロール支持部から所定距離離れた接続位置で、前記直動アクチュエータの前記出力軸を前記腕部に対して直接接続する、
請求項１に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【請求項8】

前記ロボットは、
前記ロボットの腰骨部より上方に延在する柱状の背骨部と、 前記背骨部に接続され該背骨部から前記ロボットの側方に延在する上半身支持部と、
前記肩部を介して前記腕部が取り付けられ、且つ、前記上半身支持部と前記背骨部との接続点から側方に所定距離離れた、該上半身支持部上の第１接続点と、前記腰骨部上の第２接続点とで接続される駆動ユニットとを有し、
前記取付部によって前記肩部に対して取り付けられた前記直動アクチュエータは、前記背骨部と前記上半身支持部と前記駆動ユニットで囲まれる空間内に配置される、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のロボットにおけるロール回転構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの腕部をロール回転駆動するための回転構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、産業用ロボットだけでなく、民生用として様々な役目を担うロボットの研究開発が盛んになされている。ロボットの中でも直立歩行が可能な人間型ロボット（ヒューマノイドロボット）は、人間の行動を代替できるものとして期待されている。このような人間型ロボットでは、人間の動作を模すために多くの関節部が設けられており、また、その関節部において複数の自由度を有する多様な動作が求められる。そのため人間型ロボットの関節部においては、その関節に与えられる自由度に対応してサーボモータ等のアクチュエータの搭載数が増加し、それにより関節部の小型化が困難となったり、アクチュエータの構造や配置が複雑なものとなったりしている。

【0003】

ここで、例えば特許文献１（特に、図３）には、ロボットの腕部をロール軸中心に回転駆動するための構造が開示されている。具体的には、ロボット本体に隣接し且つ腕部が接続される肩部の筐体内部に、ロール回転のためのサーボモータが配置され、サーボモータの出力はベルトを介してロール軸につながれている。これにより、サーボモータの出力軸の回転が、ロール軸を中心とした回転として伝達されることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１９８７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の従来の腕部のロール回転構造では、肩部内にロール軸を中心とした回転駆動のためのアクチュエータ（サーボモータ）が配置されている。このような配置構造では、アクチュエータを収容するための空間が肩部に必要であるため、肩部が大きくならざるを得ない。また、肩部内にアクチュエータが配置されると、肩部に接続される腕部のロール軸と当該アクチュエータの出力軸との距離が短く、腕部からの負荷がアクチュエータに伝達されやすい。そのため、アクチュエータに対して大きな剛性が要求され、結果としてアクチュエータの大型化を招くことになり、更なる肩部の大型化が要求されることになる。

【0006】

また、肩部内にアクチュエータが配置されれば、腕部のロール軸やピッチ軸の回転駆動の際の回転負荷の増加を招く可能性もあり、この点からも、やはり各軸の回転駆動アクチュエータが大型化され、肩部の大型化が避けられない。アクチュエータや肩部の大型化は、ロボットの外観意匠を悪化させるだけではなく、ロボットの重量増加による消費エネルギーの増加や特に肩部（肩関節）回りのロボットの可動範囲の制限を招き好ましくない。

【0007】

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットの肩部の大型化を回避するための、腕部のロール回転駆動に関する構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明において、上記課題を解決するために、ロボットの腕部のロール軸周りの回転駆動をするためのアクチュエータとして直動アクチュエータを採用するとともに、当該直動アクチュエータが肩部の外側に位置するように配置する構成を採用した。これにより、肩部の大きさを抑制でき、肩部が大きくなることによる上記の不都合を解消することが可能
となる。

【0009】

詳細には、本発明は、ロボットの肩部に対して、ロール支持部を介して前記ロボットのロール方向に回転自在となるように取り付けられた腕部を、該ロボットのロール方向に回転駆動するためのロール回転構造であって、直動の出力軸を有する直動アクチュエータと、前記直動アクチュエータの本体が前記肩部に隣接する前記ロボットの本体側に位置するように、且つ、該直動アクチュエータの前記出力軸が前記肩部内に出し入れ可能となるように、該肩部に対して該直動アクチュエータを取り付ける取付部と、前記直動アクチュエータの前記出力軸からの出力が前記腕部の前記ロール支持部でのロール方向の回転モーメントを生成するように、該出力軸と該腕部とを接続する接続部と、を備える。

【0010】

本発明に係るロール回転構造は、直動アクチュエータの出力を腕部に伝達することで、腕部のロール方向における回転駆動を実現するものである。なお、本発明でのロボットにおけるロール軸は、ロボットの進行方向（前後方向）に沿った軸であり、ロール方向における回転は当該ロール軸を中心とした回転であり、以下、ロール回転と言う。なお、当該ロボットにおいて、ロール軸の他にはピッチ軸、ヨー軸が存在し、ピッチ軸はロボットの側方（左右方向）に沿った軸であり、ヨー軸はロボットの上下方向（ロボットの脚部から頭部に延びる方向）である。そして、ピッチ軸を中心とした回転をピッチ回転といい、ヨー軸を中心とした回転をヨー回転という。

【0011】

ロボットにおいては、腕部が肩部に対してロール回転が可能となるようにロール支持部で取り付けられている。そして、当該肩部は、ロボットの本体側へと接続される。そして、当該腕部のロール回転は、直動アクチュエータからの出力によって実現される。ここで、取付部による直動アクチュエータの肩部への取り付けは、直動アクチュエータの本体が肩部ではなくロボットの本体側に位置し、その状態で直動アクチュエータの出力軸が肩部内に出し入れされるように実現される。換言すれば、直動アクチュエータは肩部の外部から内部に対してその出力軸を出し入れして、腕部のロール回転駆動のための出力を腕部に伝達されるように、取付部による直動アクチュエータの取り付けが行われる。

【0012】

なお、肩部の外部から内部に挿入された直動アクチュエータの出力軸は、接続部により腕部と接続される。この接続部による接続で、直動アクチュエータの出力が腕部に伝わり、ロール支持部による支持点を中心とした腕部のロール回転を実現することになる。ここで、接続部による接続は、腕部のロール回転を可能とする限りにおいて、出力軸と腕部の接続を直接的に行ってもよく、リンク機構や減速機構等の所定の動力伝達機構を介して行ってもよい。

【0013】

このように構成されるロボットにおけるロール回転構造では、肩部に取り付けられた腕部のロール回転は、肩部の外側に配置された直動アクチュエータからの出力が、肩部の内部に出し入れされる出力軸を介して腕部に伝達されることで実現される。そのため、腕部のロール回転の動力源に関し、肩部内で収容空間を必要とする構成物は、直動アクチュエータの出力軸と接続部となり、直動アクチュエータの本体そのものは肩部内には収容されないため、その分肩部の大きさを抑制することができる。また、一般に直動アクチュエータの出力軸がその直動の際に占める空間容積は、回転軸を有するサーボモータ等の回転アクチュエータの場合と比べて小さくなるため、本発明のように直動アクチュエータを肩部の外部に配置する取付形態は、肩部の大きさ抑制に極めて有用である。

【0014】

そして、上記の通り肩部の大きさを抑制可能となることで、肩部の大型化に起因する不都合、例えば、ロボットの外観意匠の悪化、ロボットの重量増加による消費エネルギーの増加、肩部周りのロボットの可動範囲の制限等を解消することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

ロボットの肩部の大型化を回避するための、腕部のロール回転駆動に関する構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係るロール回転構造が適用されるロボットの正面図である。

【図2】図１に示すロボットの側面図である。

【図3】図１に示すロボットの背面図である。

【図4】図１に示すロボットにおいて、肩部、腕部、駆動ユニットを取り外した状態を示す図である。

【図5】図４において取り外された駆動ユニットを示す図である。

【図6】腕部のロール回転駆動に関するロール回転構造の外観を示す第１の図である。

【図7】腕部のロール回転駆動に関するロール回転構造の外観を示す第２の図である。

【図8】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構の構成を示す第１の図である。

【図9】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構の構成を示す第２の図である。

【図10】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構の構成を示す第３の図である。

【図11】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構の構成を示す第４の図である。

【図12】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構に含まれるリンク機構の動作を説明する第１の図である。

【図13】腕部のピッチ回転のための回転駆動機構に含まれるリンク機構の動作を説明する第２の図である。

【図14A】図６、図７に示すロール回転構造に含まれるリンク機構の動作を示す第１の図である。

【図14B】図６、図７に示すロール回転構造に含まれるリンク機構の動作を示す第２の図である。

【図14C】図６、図７に示すロール回転構造に含まれるリンク機構の動作を示す第３の図である。

【図15】別の態様に係るロール回転構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【実施例1】

【0018】

＜ロボット１０の構成＞
図１〜図３に基づいて、本発明に係る腕部５０のロール回転のためのロール回転構造が搭載されたロボット１０の概略構成について説明する。この腕部５０は、肩部５５を介して後述する駆動ユニット２０に接続され、更にロボット１０の本体側（後述する上半身骨格骨格構造側）に取り付けられている。図１はロボット１０の正面図であり、図２はロボット１０の左側面図であり、図３はロボット１０の背面図である。なお、本実施例では、ロボット１０の進行方向をｘ軸正方向、ロボット１０からみて左手方向をｙ軸正方向、ロボット１０における反重力方向をｚ軸正方向としたとき、ｘ軸がロール軸、ｙ軸がピッチ軸、ｚ軸がヨー軸である。したがって、ｘ軸回りの回転がロール回転、ｙ軸回りの回転がピッチ回転、ｚ軸回りの回転がヨー回転となる。また、本実施例における上方向とは、ｚ軸正方向、すなわち反重力方向であり、一方で下方向とは、ｚ軸負方向、すなわち重力方向とし、左右方向はロボット１０から見たときの左右方向であり、ｙ軸正方向が左方向、ｙ軸負方向が右方向となる。

【0019】

ロボット１０は、人間型ロボットであり、人間の骨格構造を模したボディを有している。概略的には、図１においてｚ軸方向に延在している背骨部１４及び後述する板金で形成された各種の骨部１４ａ〜１４ｄ、背骨部１４を支持するように背骨部１４に連結された腰骨部１５、更に腰骨部１５を支持し図示しないロボット１０の一対の脚部が接続される骨盤部１６によってロボット１０の上半身の骨格構造（以下、単に「上半身骨格構造」という）が形成されている。そして、背骨部１４には、ロボット１０の首部１３が接続され、更にその上に頭部１１が配置されている。なお、頭部１１には、外部を撮影するためのカメラ１２が搭載されている。この首部１３を介した頭部１１の背骨部１４との接続により、頭部１１は背骨部１４に対してロール回転、ヨー回転が可能となるが、これらの回転動作のためのロボット内部構造は本発明の中核をなすものではないので、本明細書ではその詳細な説明は省略する。

【0020】

また、ロボット１０には、その上半身の駆動を司る駆動ユニット２０が右上半身と左上半身のそれぞれに対応して配置されている。ここで、図４に示すように、背骨部１４には、ロボット１０の肩部分に位置する部位で、ロボット１０の側方に向かって延在するように、ロボット前面側の前方鎖骨部１４ａとロボット背面側の背面鎖骨部１４ｂが接続されている。更に、背骨部１４には、ロボット１０の胸部分（肩部分より下方の部位）に位置する部位で、同じようにロボット１０の側方に向かって延在するように、ロボット前面側の前方胸骨部１４ｃとロボット背面側の背面胸骨部１４ｄが接続されている。これらの骨部１４ａ〜１４ｄ及び背骨部１４によって、背骨部１４を挟んだロボット１０の上半身内の左右に所定の空間が形成され、当該左右の所定の空間に駆動ユニット２０がそれぞれ収まるように配置され、各骨部１４ａ〜１４ｄに対して駆動ユニット２０が接続されることになる。これにより、２つの駆動ユニット２０がロボット１０内に取り付けられることになる。骨部１４ａ〜１４ｄは、背骨部１４の厚さよりも薄い平板状の板金で形成されているため、背骨部１４に対する駆動ユニット２０の取り付けは、比較的弾性的に行われることになる。これら骨部１４ａ〜１４ｄは、本発明の上半身支持部に相当する。なお、駆動ユニット２０の取り付けの詳細については、後述する。

【0021】

＜腕部５０の回転駆動に関する構成＞
図４には、ロボット１０の左側の腕部５０が肩部５５を介してそれに対応する左上半身用の駆動ユニット２０と接続されて、一体となってロボット１０の上半身骨格構造から取り外された状態が示されている。このように駆動ユニット２０は、対応する腕部５０、肩部５５とともにロボット１０の上半身骨格構造から取り外し可能となるように構成されることで、ロボット１０の組立性やメンテナンス性が好適に維持される。この駆動ユニット２０内に、リンク機構からなる、腕部５０のピッチ回転のための回転駆動機構が搭載されており、当該回転駆動機構によってピッチ回転用のアクチュエータ２４からの出力が腕部５０に伝えられ、そのピッチ回転駆動が行われることになる。また、駆動ユニット２０上には、腕部６０のロール回転駆動のためのアクチュエータ２６が配置されている。

【0022】

そこで、図５〜図８に基づいて、腕部５０の具体的な構成とともに、ピッチ回転駆動及びロール回転駆動に関する構成について説明する。図５には、ロボット１０の左上半身用の駆動ユニット２０及びそれに取り付けられた腕部５０が開示されている。また、図６は、図５に示す構成から駆動ユニット２０等の記載を消去した腕部５０の構成であり、具体的には、腕部５０が取り付けられた肩部５５に対して、腕部５０のロール回転用のアクチュエータ２６が取り付けられた構成の斜視図である。そして、図７は、図６に示す腕部５０等の上面図である。また、図８では、ロボット１０の右上半身用の駆動ユニット２０の詳細な構造が開示されている。なお、図８では、駆動ユニット２０の内部を示すために、一部の構成（後述する外側基板２１等の構成）は省略されている。また、本明細書においては、左上半身用の駆動ユニット２０と右上半身用の駆動ユニット２０は同一の構成を有
しており、図５及び図８に基づいて行われる説明は、両側の駆動ユニット２０及びその内部のピッチ回転のための回転駆動機構に適用されるものである。

【0023】

ここで、図６、図７に示すように、腕部５０は、その端部に形成された厚板状の接続プレート５０ａが、肩部５５に対してロール支持軸６１でロール回転自在となるように回転支持されている。当該ロール支持軸６１による支持が、本発明に係るロール支持部による支持に相当する。そして、肩部５５の、腕部５０が取り付けられた端部とは反対側の端部にプレート５１が設けられている。このプレート５１は、本発明に係る固定プレートに相当し、後述するように腕部５０のピッチ回転駆動のための回転モーメントが伝えられる部材であるとともに、腕部５０のロール回転駆動のためのアクチュエータ２６が取り付けられる部材でもある。なお、肩部５５の端部とそれに隣接するプレート５１の端部の領域Ｒ２８は、後述の支持部材２８が腕部５０をピッチ回転自在に支持する際に接触する支持面を形成する。

【0024】

次に、腕部５０のピッチ回転駆動及びロール回転駆動に関する構成について説明する。駆動ユニット２０は、ロボット１０の上半身骨格構造に接続される外側基板２１と内側基板２２、及び両基板の間に配置されたスペーサ２３で画定される収容空間を有する。外側基板２１は、駆動ユニット２０に肩部５５を介して腕部５０が接続された状態において、ロボット１０の外側、すなわち腕部５０に近い側に配置される基板である。また、内側基板２２は、ロボット１０の内側に配置される基板である。なお、外側基板２１には、腕部５０を肩部５５とともにピッチ回転自在とするように支持するための支持部材２８が設けられる。支持部材２８は、図６、図７に示す領域Ｒ２８に接触するようにして肩部５５及び腕部５０を回転支持する。したがって、支持部材２８を介して腕部５０が駆動ユニット２０側に接続されることになる。この支持部材２８としては、比較的モーメントの大きいロボット１０の腕部５０を限られた空間容積内で支持する点を考慮し、１個のベアリングでラジアル荷重、アキシアル荷重等のあらゆる方向の荷重を支持可能な支持部材を採用するのが好ましい。例えば、ＴＨＫ株式会社製のクロスローラリングを採用することが可能である。

【0025】

そして、スペーサ２３は、両基板の間隔を画定する長さを有する棒状の部材である。これらの外側基板２１、内側基板２２、スペーサ２３による構成は、いわば駆動ユニット２０の筐体を形成するものであり、当該筐体は、ロボット１０の上半身骨格構造に固定され、そこに、３つのアクチュエータ２４、２５、２６及びアクチュエータ２４に関連するリンク機構３０が配置される。アクチュエータ２４は腕部５０のピッチ回転用アクチュエータであり、アクチュエータ２５は腰骨部駆動用アクチュエータである。アクチュエータ２６は腕部５０のロール回転用アクチュエータであり、本発明の直動アクチュエータに相当する。アクチュエータ２６に関連する所定のリンク機構（後述する第１ロールリンク部５６、第２ロールリンク部５７で構成されるリンク機構）は、肩部５５内に配置され、その詳細については後述する。

【0026】

先ず、アクチュエータ２４について説明する。アクチュエータ２４は、サーボモータと、本体部２４ａと、アクチュエータの軸方向に直線移動する出力軸２４ｂとを有する、直動アクチュエータであり、外側基板２１及び内側基板２２に固定されている。出力軸２４ｂの外周面には螺旋状のねじ溝が形成されており、本体部２４ａには、出力軸２４ｂのねじ溝に螺合するボールねじナット（図示せず）が本体部２４ａに軸線の回りの回転のみが許容された状態で収納されている。そして、サーボモータが当該ボールねじナットを回転させるように本体部２４ａと接続されており、本体部２４ａ内でボールねじナットの軸線方向の移動が制限されているため、サーボモータの駆動により出力軸２４ｂが軸方向に直線運動、すなわち直動する。

【0027】

アクチュエータ２４の出力軸２４ｂは、リンク機構３０を構成する第１ピッチリンク部３１と第２ピッチリンク部３２のうち第１ピッチリンク部３１に接続される。なお、このリンク機構３０が、ピッチ回転のための回転駆動機構に相当する。そして、第１ピッチリンク部３１は、後述の図１０、図１１に示すように、基部３１ｃの両端から同方向に延出した２つの壁部３１ａを有しており、そして、基部３１ｃに平行となるように両壁部３１ａを繋ぐブリッジ３１ｂが設けられている。この基部３１ｃは、外側基板２１と内側基板２２に対して回転自在となるようにベアリングで支持され、第１支持点３３が形成される。また、ブリッジ３１ｂに、アクチュエータ２４の出力軸２４ｂが、第１ピッチリンク部３１との向きが可変となるように接続され、その接続点が３１ｅとされる。更に、基部３１ｃを挟んでブリッジ３１ｂとは反対側に、基部３１ｃから延出する尾部３１ｄが設けられている。尾部３１ｄの延出方向は、ブリッジ３１ｂ上の接続点３１ｅと第１支持点３３とを結ぶ直線上ではなく、当該直線に対してアクチュエータ２４が配置されていない方向、すなわち後述する第３支持点３５が位置する方向となっている。そして、尾部３１ｄの端部（基部３１ｃとの接続部とは反対側の端部）において、第２ピッチリンク部３２が回転自在となるようにベアリングで支持され、第２支持点３４が形成される。

【0028】

このように壁部３１ａ、ブリッジ３１ｂ、基部３１ｃ、尾部３１ｄをリンク本体として第１ピッチリンク部３１は形成される。そして、第１ピッチリンク部３１は、そのリンク本体を回転自在に支持する第１支持点３３を基準とすると、その一方側にアクチュエータ２４の出力軸２４ｂが接続されるブリッジ３１ｂが位置し、他方側に第２ピッチリンク部３２が接続される尾部３１ｄが位置することになる。そのため、アクチュエータ２４の出力が作用する点、すなわちアクチュエータ２４の出力が第１ピッチリンク部３１に入力される接続点３１ｅと、第１ピッチリンク部３１を介した力を第２ピッチリンク部３２側に伝える点、すなわちアクチュエータ２４からの出力を第２ピッチリンク部３２側に出力する第２支持点３４とは、第１支持点３３を基準にしてシーソーのように搖動する相関を有することになり、以て、第１ピッチリンク部３１は搖動リンクとして形成されることになる。より具体的に言えば、接続点３１ｅが上方に移動すれば第２支持点３４は下方に移動し、逆に、接続点３１ｅが下方に移動すれば第２支持点３４は上方に移動するように、第１ピッチリンク部３１が形成されている。このように第１ピッチリンク部３１を揺動リンクとして形成することで、アクチュエータ２４の出力伝達に要する機構の大きさ、特に、その長さ寸法を抑えることができる。また、第１ピッチリンク部３１のシーソー形状を利用して、アクチュエータ２４の出力の増幅を図ることも可能となり、この点はアクチュエータ２４の小型化にも寄与する。

【0029】

次に、第２ピッチリンク部３２は、その一方の端部において上記の通り第２支持点３４で第１ピッチリンク部３１の尾部３１ｄと回転自在に接続され、更に、他方の端部において、肩部５５の端部に連結されたプレート５１に対して回転自在となるようにベアリングで支持され、第３支持点３５が形成される。このように第２支持点３４及び第３支持点３５を含む板状の本体を有するように第２ピッチリンク部３２は形成され、そして、第２ピッチリンク部３２は、第１ピッチリンク部３１から伝わってきた力をプレート５１へと伝達させる。このプレート５１は、支持部材２８を介して回転自在に取り付けられた肩部５５の端部に連結されたプレートであり、そのピッチ方向の回転に伴い肩部５５に連結された腕部５０とともにピッチ回転する。そして、支持点３５は、この腕部５０のピッチ方向の回転中心よりも所定距離ずらした場所に位置しており、アクチュエータ２４から第１ピッチリンク部３１及び第２ピッチリンク部３２を介してプレート５１へ伝達された力は、腕部５０をピッチ方向に回転駆動させる駆動力となる。

【0030】

このように、アクチュエータ２４の駆動力は、第１ピッチリンク部３１及び第２ピッチリンク部３２からなるリンク機構３０によって腕部５０に伝達されることで、腕部５０のピッチ方向の回転動作が生じることになる。そして、腕部５０は、外側基板２１上の支持
部材２８により支持され、また、第１ピッチリンク部３１は外側基板２１及び内側基板２２上に回転支持されているため、第１ピッチリンク部３１及び第２ピッチリンク部３２の回転方向は、腕部５０のピッチ回転方向と同じ方向となる。

【0031】

また、図６、図７に示すように、プレート５１上からロボット１０の肩幅方向に沿って延出するバネ取付部５２が設けられている（なお、後述の図９も参照のこと）。このバネ取付部５２には、図９に示すように、背面胸骨部１４ｄとの間に付勢力を付与するバネ１９が２本設けられている。背面胸骨部１４ｄにおけるバネ１９の接続位置は、１９ａで表される。バネ取付部５２は、腕部５０とともにピッチ回転するプレート５１上にあり、また、接続位置１９ａはロボット１０の上半身骨格構造を形成する背面胸骨部１４ｄ側にあるため、バネ１９による付勢力は、腕部５０のピッチ回転に寄与するトルクを生み出すことになる。このバネ１９による付勢力については、後述する。

【0032】

なお、腕部５０の回転駆動には直接関連はないが、駆動ユニット２０内に収容されているアクチュエータ２５についても簡単に説明する。アクチュエータ２５もアクチュエータ２４と同様に直動アクチュエータであり、外側基板２１及び内側基板２２に固定されている。アクチュエータ２５の出力軸は、外側基板２１及び内側基板２２に支持点１８ａを介して回転自在に取り付けられた搖動リンク部１８の一端側に接続されている。そして、搖動リンク部１８の他端側では、支持点１８ｂを介して伝達リンク部１７が回転自在に接続され、当該伝達リンク部１７は更に腰骨部１５に接続されている。この揺動リンク部１８は、上述の第１ピッチリンク部３１と同じようにシーソー形状を有しており、そのため、アクチュエータ２５の出力伝達にようする機構の大きさ、特に、その長さ寸法を抑えることができ、更に、アクチュエータ２５の出力の増幅を図ることも可能となり、この点はアクチュエータ２５の小型化にも寄与する。

【0033】

ロボット１０の左右の上半身において、アクチュエータ２５の出力が腰骨部１５に伝えられることで、図示しない腰骨部１５の構成によりロボット１０の上半身が骨盤部１６に対してロール方向及びヨー方向に回転駆動することになる。なお、この骨盤部１６に対する回転駆動のための構成については、本発明の中核をなすものではないため、その詳細な説明は省略する。

【0034】

また、駆動ユニット２０にはアクチュエータ２５は含まれるが、アクチュエータ２５に関連するリンクである搖動リンク部１８及び伝達リンク部１７は、駆動ユニット２０には含まれない（図４に示す、駆動ユニットを取り外した状態を参照のこと。）。これは、駆動ユニット２０の取外しに際して伝達リンク部１７と腰骨部１５との接続を外してしまうと、駆動ユニット２０の筐体から搖動リンク部１８及び伝達リンク部１７がはみ出してしまい取扱いが難しくなるからである。もちろん、駆動ユニット２０内に搖動リンク部１８及び伝達リンク部１７が含まれるように、駆動ユニット２０を上半身骨格構造から取り外しても構わない。

【0035】

次に、アクチュエータ２６について説明する。アクチュエータ２６もアクチュエータ２４と同様に直動アクチュエータである。アクチュエータ２６は、その出力軸が後述する第１ロールリンク部５６、第２ロールリンク部５７からなるリンク機構を介して腕部５０に接続され、腕部５０のロール回転構造を形成する。アクチュエータ２６は、図６に示すように、プレート５１に対してアタッチメント２７を介して取り付けられている。具体的には、アタッチメント２７は、アクチュエータ２６の両側面に沿って延びる壁部において、アクチュエータ２６の本体が回転軸２７ａによってロール回転自在となるように支持されるとともに、当該壁部を繋ぐベース部２７ｂがプレート５１上に配置されるように、プレート５１に対して固定される。このようにアタッチメント２７がアクチュエータ２６をロール回転自在に支持するのは、後述するように腕部５０のロール回転の際に、肩部５５に
対するアクチュエータ２６の姿勢を調整可能とするためである。

【0036】

また、アタッチメント２７のベース部２７ｂの概ね中央には、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが挿通可能な貫通孔２７ｃが設けられている。この貫通孔２７ｃが、本発明に係る中空部に相当する。そして、出力軸２６ａは、この貫通孔２７ｃを経て、更にプレート５１に設けられた不図示の貫通孔を経て、肩部５５内に挿通され、肩部５５内で後述する第１ロールリンク部５６に対して接続されている。このようにアタッチメント２７を介したプレート５１へのアクチュエータ２６の取り付けは、肩部５５の外部にアクチュエータ２６の本体を配置させるとともに、肩部５５内に出力軸２６ａを出し入れ可能とするものであるから、本発明に係る取付部による取り付けに相当する。そして、腕部５０が領域Ｒ２８でピッチ回転自在に支持された状態において、このプレート５１はその回転に伴ってピッチ回転する。そのため、プレート５１及びアタッチメント２７により取り付けられているアクチュエータ２６自体は、腕部５０及び肩部５５のピッチ回転に伴ってピッチ回転される配置となっている。なお、アクチュエータ２６を含む腕部５０のロール回転構造の詳細については後述する。

【0037】

＜駆動ユニット２０による支持構造＞
上記の通り、駆動ユニット２０は、その上部前方部位、上部背面部位で、外側基板２１と内側基板２２によって画定される収容空間にアクチュエータ２４、２５を収容した状態で、それぞれ前方鎖骨部１４ａと背面鎖骨部１４ｂに接続されている。更に、駆動ユニット２０は、その中央前方部位、中央背面部位で、それぞれ前方胸骨部１４ｃと背面胸骨部１４ｄに接続され、駆動ユニット２０の下方では、アクチュエータ２５の出力軸、揺動リンク部１８、伝達リンク部１７を介して、腰骨部１５と接続されている。

【0038】

このような駆動ユニット２０の上半身骨格構造との接続態様により、上半身支持部に相当する各骨部１４ａ〜１４ｄに対して、駆動ユニット２０が下方から支えるように接続されることになる。そして、図からも分かるように第１接続点に相当する駆動ユニット２０と各骨部１４ａ〜１４ｄの接続点は、ロボット１０の肩幅に相当する距離だけ背骨部１４からロボット１０の側方に離れた位置にあり、支持点１７ａよりも更にロボット１０の側方に位置する。また、第２接続点に相当する支持点１７ａは、背骨部１４がつながる腰骨部１５上の接続点であることを踏まえると、第１接続点、第２接続点、及び各骨部１４ａ〜１４ｄと背骨部１４との接続点によって、略三角形の支持フレームが形成されることになる。すなわち、駆動ユニット２０自体が、当該支持フレームの一辺に含まれることになる。このとき、腕部５０のロール回転駆動用のアクチュエータ２６は、図１、図４等からも理解できるように、背骨部１４や各骨部１４ａ〜１４ｄからなる上半身骨格構造と駆動ユニット２０で囲まれる、ロボット１０の本体内の空間内に配置されることになる。

【0039】

ここで、図からも分かるように、当該支持フレームにおいて、駆動ユニット２０は、外側基板２１と内側基板２２が、それらの長手方向において第１接続点と第２接続点との間に延在した状態となる。外側基板２１と内側基板２２は、アクチュエータ２４、２５が固定される基板でもあるため、駆動ユニット２０の筐体として機能すべく両基板の厚さは相応に厚くされる。したがって、外側基板２１と内側基板２２の剛性は比較的高く設定されている。

【0040】

そこで、駆動ユニット２０の各基板２１、２２が上記支持フレームの一辺に含まれると、各基板２１、２２の剛性を、そのままロボット１０の上半身骨格構造、特に骨部１４ａ〜１４ｄの支持のために利用することができる。このことは、上半身骨格構造の支持のために特別の支持構造を設けなくても、ロボット１０の上半身の強度アップを図ることができることを意味し、換言すれば、ロボット１０の上半身の強度アップのために、上半身の重量が増加することを抑制することができる。

【0041】

また、腕部５０は骨部１４ａ〜１４ｄに直接接続はされておらず、駆動ユニット２０の外側基板２１に肩部５５を介して取り付けられている。そして、骨部１４ａ〜１４ｄは、上記の通り、板金で形成されているため、駆動ユニット２０を弾性的に支持している。このように駆動ユニット２０が弾性的に支持されることで、腕部５０からの荷重の一部を、骨部１４ａ〜１４ｄの弾性力によって吸収することができる。そのため、腕部５０が外側基板２１に取り付けられている支持部材２８で支持すべき荷重が軽減されることになるため、許容荷重が比較的低い支持部材２８、例えば、許容されるラジアル荷重やアキシアル荷重が比較的低いクロスローラリングを使用することができる。これにより支持部材２８の小型化が可能となり、この点からもロボット１０の上半身の重量増加を抑制することができる。

【0042】

更に、ロボット１０の上半身の重量増加の抑制の観点から、駆動ユニット２０に形成される上記収容空間に、腕部５０をピッチ回転駆動するためのアクチュエータ２４が固定収容された状態で、上半身骨格構造に接続される構成も有用と言える。アクチュエータ２４が腕部５０や肩部５５の外部に配置されることで、腕部５０等の内部に配置される場合と比べて腕部５０等の重量を軽減することができる。腕部５０等は回転駆動される部材であるため、その軽量化は、腕部５０等のモーメント低下、ひいては回転駆動時の荷重低下に帰結する。その結果、上半身骨格構造の耐荷重性を大きく上げる必要がなくなり、以て、上半身の重量増加の抑制に資するものと考えられる。なお、アクチュエータ２４を腕部５０等の外部に配置した上で、腕部５０をピッチ回転駆動するためには、アクチュエータ２４の直動の出力軸からの出力を、後述するリンク機構３０の動作によって腕部５０に伝える構成が極めて有用である。

【0043】

＜リンク機構３０によるピッチ回転動作＞
リンク機構３０は、上記の通り第１ピッチリンク部３１と第２ピッチリンク部３２により構成されており、アクチュエータ２４の駆動力を腕部５０に連結されたプレート５１に伝達することで、腕部５０がピッチ方向に回転駆動されることになる。そして、このリンク機構３０によるピッチ回転動作の詳細について、図１０、図１１、図１２に基づいて説明する。

【0044】

図１０は、ピッチ回転方向において腕部５０が鉛直下方向に延在している状態、すなわち腕部５０が支持部材２８によって回転自在に支持されている状態において、腕部５０がピッチ回転方向で重力成分にならって最も下方向に延在している最下方位置にある状態での、リンク機構３０を中心とした駆動ユニット２０内の状態を表している。一方で、図１１は、ピッチ回転方向において腕部５０が水平方向に延在している状態、すなわち腕部５０が支持部材２８によって回転自在に支持されている状態において腕部５０が最下方位置から重力成分に逆らってピッチ回転により上昇された水平上昇位置にある状態での、リンク機構３０を中心とした駆動ユニット２０内の状態を表している。すなわち、図１０は、腕部５０の自重によるアクチュエータ２４に対する重力負荷が最小となる状態を表し、図１１は、当該重力負荷が最大となる状態を表している。

【0045】

また、図１２は、リンク機構３０を構成する各リンク部の状態を把握しやすいように、各リンク部をｚｙ平面に投射した状態で表している。そのため、第１ピッチリンク部３１は、接続点３１ｅと第１支持点３３とを結ぶ直線と第１支持点３３と第２支持点３４とを結ぶ直線とが折れ曲がったくの字形状で表されている。なお、具体的には、図１２の左図（ａ）は、図１０に示すように腕部５０が最下方位置にある場合のリンク機構３０の状態を表しており、図１２の右図（ｂ）は、図１１に示すように腕部５０が水平上昇位置にある場合のリンク機構３０の状態を表している。

【0046】

ここで、ロボット１０において腕部５０がピッチ回転により最下方位置から水平上昇位置まで上昇駆動される場合のリンク機構３０の動作について説明する。ロボット１０において腕部５０が最下方位置にある場合、図１０に示すように、アクチュエータ２４の出力軸２４ｂが駆動ユニット２０内で最も上方に位置した状態にある。そのため、図１２（ａ）に示すように、第２支持点３４は、該第２支持点３４が採り得る位置の中で最も下方に位置する状態となる。そのため、この第２支持点３４の位置に影響され、第２ピッチリンク部３２がプレート５１を下方に引き込んだ状態となり、以て、図１２（ａ）に示すプレート５１の状態を介した、腕部５０の最下方位置が決定されることになる。

【0047】

このように図１２（ａ）に示す状態から、アクチュエータ２４の駆動により出力軸２４ｂが本体部２４ａに引き込まれていくと（すなわち、ロボット１０において出力軸２４ｂが下方に直動していくと）、図１２（ａ）において、第１ピッチリンク部３１は、第１支持点３３を中心として反時計回りに回転していくことになる。すなわち、出力軸２４ｂの下方への直動により、接続点３１ｅは下方に移動するとともに第２支持点３４は上方に移動する。この結果、第２ピッチリンク部３２が、プレート５１を時計方向に押し出すことになり、以て、図１２において腕部５０がプレート５１の回転に伴って時計方向に回転上昇することになり、図１２（ｂ）に示す水平上昇位置に到達することになる。

【0048】

ここで、この腕部５０のピッチ回転上昇の過程において、第１支持点３３と第２支持点３４を結ぶ直線（以下、「第１直線」という）と、第２支持点３４と第３支持点３５を結ぶ直線（以下、「第２直線」という）とが為す角度θ（以下、「リンク間角度」という）に着目する。第１支持点３３は、外側基板２１及び内側基板２２と第１ピッチリンク部３１との間に形成されるため、第１支持点３３の位置は第１ピッチリンク部３１の状態にかかわらず外側基板２１等に対して不変である。そして、図１２（ａ）に示す状態から第１ピッチリンク部３１が反時計回りに回転していくと、この第１支持点３３を中心として第２支持点３４が上昇し、当初鋭角であったリンク間角度θは、９０度を超えて鈍角となり、最終的な図１２（ｂ）に示す状態では、１８０度に近い角度となる。すなわち、第一リンク部３１の反時計回りの回転により、リンク間角度θは１８０度に近づくように徐々に開いていき、第３支持点３５が第１支持点３３からより離間するように上昇していく。

【0049】

この結果、図１２（ｂ）に示すような腕部５０が水平に上昇した状態では、第１支持点３３と第２支持点３４を結ぶ第１直線と、第２支持点３４と第３支持点３５を結ぶ第２直線が、概ね一直線上に、且つ、ｚ軸に沿うように延在することになる。このとき、腕部５０の重力成分による重力負荷は最大となるが、リンク機構３０における３つの支持点３３、３４、３５が、第１支持点３３上に概ね一直線上に並んでいる。そのため、腕部５０から伝わる重力負荷は、外側基板２１等に支持されている第１支持点３３でその多くを支持することができるため、接続点３１ｅを介してアクチュエータ２４側に伝達される負荷を軽減することができる。

【0050】

また、リンク機構３０において、腕部５０が水平上昇位置の近傍の位置にある場合、腕部５０が最下方位置の近傍の位置にある場合と比べて、アクチュエータ２４の出力軸２４ｂの変位量に対する腕部５０に連結されたプレート５１の回転量の比率が小さくなるように、第１ピッチリンク部３１と第２ピッチリンク部３２の形状、寸法が決定されている。この結果、アクチュエータ２４に搭載されるサーボモータの変位量に対する、腕部５０の変位量の比率である減速比が、腕部５０が水平上昇位置に近づくほど大きく設定されることになる。そのため、腕部５０が最下方位置の近傍にある場合は、比較的減速比は小さいものの、腕部５０による重力負荷は小さいため、アクチュエータ２４に対する影響度は小さく保てる。一方で、腕部５０による重力負荷が相対的に大きくなる水平上昇位置の近傍においては、減速比をより大きくすることで、腕部５０による重力負荷のアクチュエータ２４への影響度を可及的に軽減でき、以て、アクチュエータ２４の小型化を図ることがで
きる。

【0051】

また、ロボット１０においては、図９に示すようにバネ１９による付勢力の付与が行われている。この点について、図１３に基づいて説明する。図１３は、腕部５０の回転角度に対する、腕部５０による重力負荷の推移、及びバネ１９の付勢力の推移を、それぞれ線Ｌ１、Ｌ２で表している。なお、図１３の横軸は、腕部５０が最下方位置にある場合（図１２（ａ）に示す状態の場合）を回転角度が０度とし、腕部５０が水平上昇位置にある場合（図１２（ｂ）に示す状態の場合）を回転角度が９０度とするものである。また、バネ１９の付勢力は、図１３に示す回転角度の範囲においては、腕部５０を上昇回転させるトルクを発生させる向きに付与されている。

【0052】

ここで、線Ｌ１から分かるように、腕部５０が最下方位置から水平上昇位置まで回転上昇していくと、その重力負荷が次第に上昇していく。このとき、バネ１９の付勢力は、線Ｌ２から分かるように、腕部５０が水平上昇位置に到達する前の領域（概ね回転角度が５０度から７５度となる位置であり、「所定負荷領域」という。）において付勢力が線Ｌ１で示される重力負荷より大きくなるように、その取付位置やバネ定数が決定されている。このようなバネ１９の設計により、腕部５０による重力負荷が比較的大きくなる領域では、バネ１９の付勢力により腕部５０を効果的に支持することができ、アクチュエータ２４に掛かる負荷を軽減することができる。なお、所定負荷領域よりも腕部５０による重力負荷が更に大きくなる領域（腕部５０の回転角度が概ね７５度から９０度となる位置）では、上記の通り、リンク機構３０による減速比が相対的に大きくなるため、図１３に示すようにバネ１９の付勢力が負荷重力と比べて低下しても、アクチュエータ２４に掛かる重力負荷を軽減できる。

【0053】

また、図１３に示すように、所定負荷領域よりも腕部５０による重力負荷が小さくなる領域（腕部５０の回転角度が概ね０度から５０度となる位置）では、上記の通り、リンク機構３０による減速比は相対的には小さいが、腕部５０による重力負荷自体が相対的に小さいため、図１３に示すようにバネ１９の付勢力が負荷重力と比べて低下しても、アクチュエータ２４に掛かる重力負荷は、アクチュエータ２４の小型化を阻害する程のものではない。

【0054】

このようにリンク機構３０による減速比との相関を考慮してバネ１９による付勢力を設定することで、腕部５０の回転駆動範囲の全体において、アクチュエータ２４に掛かる重力負荷を軽減でき、アクチュエータ２４の小型化を図ることができる。

【0055】

ここで、図１２に戻り、リンク機構３０について再び言及する。図１２（ｂ）のように腕部５０が水平上昇位置にある場合、第１支持点３３を基準として第２支持点３４、第３支持点３５がｚ軸に沿って概ね直線状に並ぶことで、上記の通り、腕部５０による重力負荷を第１支持点３３で効率的に支持することができる。このとき、第１ピッチリンク部３１は、上記の通り、第３支持点３５側に偏って折れ曲がった形状（くの字形状）に形成されている。そのため、第１ピッチリンク部３１の接続点３１ｅが図１２（ａ）に示す状態から図１２（ｂ）に示す状態に変位する場合、第１ピッチリンク部３１の折れ曲がった形状により第１支持点３３と第２支持点３４とを結ぶ第１直線と、第２支持点３４と第３支持点３５とを結ぶ第２直線とが、より直線状に近づきやすい。リンク機構３０において、腕部５０が水平上昇位置にある場合に、第１直線と第２直線とがより直線に近い状態となることで、第１支持点３３による重力負荷の支持による効果を享受しやすい。したがって、第１ピッチリンク部３１における上記折れ曲がり形状は、この第１支持点３３による重力負荷の支持を考慮して設計すればよい。

【0056】

また、第１ピッチリンク部３１における上記折れ曲がり形状は、第１直線と第２直線が
直線状になった状態からの第１ピッチリンク部３１の回転駆動のしやすさの観点からも決定するのが好ましい。第１直線と第２直線が直線状になった場合に、仮に、接続点３１ｅと第１支持点３３とを結ぶ直線が、第１直線等の延長上に位置してしまうと、図１２（ｂ）に示す状態から図１２（ａ）に示す状態へと戻すときに、第１ピッチリンク部３１にそのためのトルクを付与しにくくなる。そこで、第１ピッチリンク部３１の回転駆動のしやすさを考慮して、第１ピッチリンク部３１における折れ曲がり形状を決定するのが好ましい。

【0057】

なお、本実施例では、腕部５０の回転支持のための支持部材２８として、上記のようにクロスローラリングを使用することができる。当該クロスローラリングは、多方面からの荷重を支持することが可能な支持部材である。そのため、腕部５０に関する負荷の支持については当該クロスローラが好適に作用し、その分、腕部５０のピッチ回転を司るアクチュエータ２４に求められる剛性を小さくでき、この点からもアクチュエータ２４の小型化を図ることができる。

【0058】

＜腕部５０のロール回転動作＞
上記の通り、腕部５０のロール回転駆動は、アクチュエータ２６の出力により腕部５０がロール支持軸６１を中心として回転されることで行われる。ここで、腕部５０をロール回転駆動するために肩部５５内に形成されているリンク機構の構成、及び当該リンク機構の動作について、図１４Ａ〜図１４Ｃに基づいて説明する。図１４Ａ〜図１４Ｃは、図７に示すＡＡ断面における断面図であり、図１４Ａは、腕部５０がロール回転方向において鉛直下方に延在している状態を表しており、図１４Ｃは、腕部５０がロール回転方向において略水平方向に延在している状態を表しており、図１４Ｂは、図１４Ａに示す状態と図１４Ｃに示す状態の中間の状態、すなわちロール回転方向において腕部５０が下方略４５度の位置までロール回転された状態を表している。

【0059】

上記の通り、ロール回転駆動用のアクチュエータ２６は、アタッチメント２７を介してプレート５１に固定されている。このアタッチメント２７の固定により、アクチュエータ２６の本体自体は、肩部５５の外部に位置するとともに、その出力軸２６ａがアタッチメント２７の貫通孔２７ｃを通って、プレート５１及び肩部５５の内部に出し入れ可能とされる。ここで、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、アクチュエータ２６からの出力が腕部５０のロール回転のための回転モーメントを生成するように、アクチュエータ２６の出力軸２６ａと、腕部５０の接続プレート５０ａとの間に、第１ロールリンク部５６と第２ロールリンク部５７からなるリンク機構（以下、「ロール回転リンク機構」という）が形成されている。当該ロール回転リンク機構は、腕部５０のロール回転のためにアクチュエータ２６の出力軸２６ａと腕部５０とを接続するものであるから、本発明の接続部に相当する。

【0060】

ロール回転リンク機構を構成する第１ロールリンク部５６は、概ねＬ字の形状を有しており、そのＬ字形状のうち一方の延在部の先端側の接続部位２６ｂで、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが接続されている。また、第１ロールリンク部５６のＬ字形状のもう一方の延在部の先端側では、第１ロールリンク部５６が肩部５５に対してロール回転自在となるように支持部６２により回転支持されている。具体的には、支持部６２はベアリングにより第１ロールリンク部５６を回転支持しており、当該支持部６２は、本発明の第１肩支持部に相当する。そして、Ｌ字形状を有する第１ロールリンク部５６の基端部、すなわち２つの延在部が繋がる部位において、ロール回転リンク機構を構成する第２ロールリンク部５７が、支持部６３によってロール回転自在に支持されている。具体的には、支持部６３はベアリングにより第１ロールリンク部５６と第２ロールリンク部５７とを回転支持しており、当該支持部６３は、本発明の第２肩支持部に相当する。そして、この第２ロールリンク部５７は直線形状を有しており、その一端側に支持部６３が配置されている。

【0061】

更に、第２ロールリンク部５７の他端側には、第２ロールリンク部５７と腕部５０の接続プレート５０ａが互いにロール回転自在となるように、支持部６４により回転支持されている。具体的には、支持部６４はベアリングにより回転支持しており、支持部６４による回転支持位置は、ロール回転リンク機構が腕部５０に接続される部位でもあり、本発明に係る接続部位に相当する。

【0062】

このように構成されるロール回転リンク機構は、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが肩部５５内に出し入れされることにより、第１ロールリンク部５６と第２ロールリンク部５７とが連動して変位し、第２ロールリンク部５７と接続プレート５０ａとの回転支持部位（接続部位）において、第２ロールリンク部５７からアクチュエータ２６の出力が伝達される。図１４Ａ等に示すように、当該回転支持部位は、ロール回転面においてロール支持軸６１の支持部位より所定距離離れているため、第２ロールリンク部５７から伝達された出力は、結果として、腕部５０の接続プレート５０ａを、ロール支持軸６１を中心としてロール回転させる回転モーメントを生成するように作用する。

【0063】

ここで、図１４Ａ〜図１４Ｃに基づいて、ロール回転リンク機構の具体的な動作について説明する。図１４Ａに示すように、腕部５０がロール回転方向において鉛直下方に延在している状態では、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが最もアクチュエータ２６の本体側に位置している状態、換言すれば、出力軸２６ａの肩部５５内への挿入量が最も少ない状態にある。このとき、Ｌ字形状の第１ロールリンク部５６は、支持部６２と支持部６３が概ね鉛直方向に沿って並んだ状態となっており、また、出力軸２６ａの接続部位２６ｂが支持部６３の横に位置している。この状態からアクチュエータ２６の出力軸２６ａが肩部５５方向に直動していくと、第１ロールリンク部５６が支持部６２を中心として反時計方向に回転し、図１４Ｂに示す状態に至る。このとき、支持部６３は図１４Ａに示す位置よりも左側に移動するため、この結果、第２ロールリンク部５７によって腕部５０の接続プレート５０ａが、図１４Ｂの左側に押し出されることになる。接続プレート５０ａは、ロール支持軸６１を介してロール方向に回転自在となるように肩部５５に支持されているため、上記のように第２ロールリンク部５７によって押し出された結果、腕部５０のロール回転が実現されることになる。

【0064】

そして、図１４Ｂに示す状態から更にアクチュエータ２６の出力軸２６ａが肩部５５内に向かって直動していくと、第１ロールリンク部５６が支持部６２を中心として更に反時計方向に回転し、図１４Ｃに示す状態に至る。このとき、支持部６３は、腕部５０のロール回転の範囲において、最も図中の左側の位置に移動する。この結果、第２ロールリンク部５７によって腕部５０の接続プレート５０ａが、最も左側に押し出されることになり、腕部５０が、ロール回転方向において略水平方向に延在した状態となる。

【0065】

上記ロール回転リンク機構によれば、腕部５０がロール回転により図１４Ａに示す状態から図１４Ｃに示す状態に至る場合に、支持部６２を中心として支持部６３が円弧を描くように反時計方向に回転していき、それに伴い第２ロールリンク部５７による接続プレート５０ａの押し出し量が変化していく。その結果、腕部５０が、略水平方向に延在している場合、鉛直方向に延在している場合と比べて、直動アクチュエータ２６の変位量に対する腕部５５のロール回転量の比率が小さく、すなわち直動アクチュエータ２６の変位に対する減速比が大きくなる。これは、腕部５０が水平状態に近づくに従って、その状態を支持するための回転トルクが大きくなるため、上記のように減速比が徐々に大きくされることで、アクチュエータ２６に求められる出力が過度に大きくなることを回避でき、アクチュエータ２６の小型化を図ることができる。

【0066】

また、このようなロール回転リンク機構の動作が実現されるためには、第１ロールリン
ク部５６が支持部６２を中心に回転される必要があり、その結果、出力軸２６ａの接続部位２６ｂの高さ位置は常に一定とはならない。そこで、この接続部位２６ｂの高さ位置の変動に対応するために、アクチュエータ２６が、回転軸２７ａによってロール回転自在となるように回転支持された状態で、アタッチメント２７によって肩部５５に対して接続されて、その姿勢が適宜調整される。

【0067】

このように構成される腕部５０のロール回転駆動に関する構成においては、アタッチメント２７を介してアクチュエータ２６が肩部５５の外部に位置するように配置される。この結果、従来技術のように肩部５５の内部にアクチュエータ２６を収容する必要がなく、肩部５５を小型化することができる。これにより腕部５０をピッチ回転駆動やロール回転駆動する際に、肩部５５が他の構成部材と干渉しにくくなり、ロボット１０としての肩周りの可動範囲を広く確保することができる。また、肩部５５の小型化によりロボット１０の軽量化も図れるため、ロボット駆動に要する消費エネルギーを抑制することが可能となる。

【実施例2】

【0068】

腕部５０のロール回転駆動に関するロール回転構造の実施例２について、図１５に基づいて説明する。図１５は、実施例２に係るロール回転構造であり、図１４Ａに対応する。具体的には、図１５に示すロール回転構造では、上記の実施例１と同じように、アタッチメント２７によりアクチュエータ２６が肩部５５の外部に位置するように取り付けられているが、その出力軸２６ａと腕部５０とを接続する接続部としての構成として上記ロール回転リンク機構に相当する構成を設けずに、アクチュエータ２６の出力軸２６ａが腕部５０の接続プレート５０ａに直接接続されている。すなわち、出力軸２６ａの接続部位２６ｂが、接続プレート５０ａ上に設けられることになる。そのため、実施例２では、接続部位２６ｂでの出力軸２６ａと接続プレート５０ａとの直接の接続が、本発明に係る接続部による接続に相当する。

【0069】

このような構成を有するロール回転構造では、上記ロール回転リンク機構による減速比に起因する利益を享受することはできないものの、肩部５５の小型化を図ることができ、以て、肩部５５の大型化による不都合を解消することが可能となる。

【符号の説明】

【0070】

１０・・・ロボット、１４・・・背骨部、１４ａ・・・前方鎖骨部、１４ｂ・・・背面鎖骨部、１４ｃ・・・前方胸骨部、１４ｄ・・・背面胸骨部、１５・・・腰骨部、１９・・・バネ、２０・・・駆動ユニット、２１・・・外側基板、２２・・・内側基板、２４、２５、２６・・・アクチュエータ、２７・・・アタッチメント、２８・・・支持部材、３０・・・リンク機構、３１・・・第１ピッチリンク部、３２・・・第２ピッチリンク部、５０・・・腕部、５０ａ・・・接続プレート、５１・・・プレート、５５・・・肩部、６１・・・ロール支持軸、５６・・・第１ロールリンク部、５７・・・第２ロールリンク部、６２、６３、６４・・・支持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】