特許 6872753 外部駆動型の関節構造体

(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】6872753

(24)【登録日】2021年4月22日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】外部駆動型の関節構造体

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/08 20060101AFI20210510BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/08

   B25J17/00 G

【請求項の数】15

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2017-187866(P2017-187866)

(22)【出願日】2017年9月28日

(62)【分割の表示】特願2017-530358(P2017-530358)の分割

【原出願日】2017年2月10日

(65)【公開番号】特開2018-20437(P2018-20437A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2020年1月30日

(31)【優先権主張番号】特願2016-24182(P2016-24182)

(32)【優先日】2016年2月10日

(33)【優先権主張国】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、大学発新産業創出プログラム／技術シーズ選抜育成プロジェクト（ロボティクス分野）「一体構造空電ハイブリッドアクチュエータのしなやかさを体感可能な触知メディアの研究開発」に係る委託業務、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】393031586

【氏名又は名称】株式会社国際電気通信基礎技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100179213

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 未知子

(74)【代理人】

【識別番号】100170542

【弁理士】

【氏名又は名称】桝田 剛

(72)【発明者】

【氏名】野田 智之

(72)【発明者】

【氏名】仲田 佳弘

(72)【発明者】

【氏名】石黒 浩

(72)【発明者】

【氏名】森本 淳

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０６２３７８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開平０９−１０７１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０７９９４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−０７７６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２８７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８４８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２８５９９９８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−２１３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５５８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０８１７２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１５７１９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−０１４１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０１９９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２０４６７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５１−０１２１８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０２３０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３１１０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に延びる軸体と、
前記軸方向に配置され、前記軸体によって軸周りに互いに回転可能に連結される複数の回転部材と、
を備え、
前記各回転部材は、
前記軸方向に対向する一対の面部と、
前記一対の面部の外周縁に沿って配置される側壁部と、
前記面部又は前記側壁部に配置され、ロボットのリンクを構成するリンク部材が連結する少なくとも１つの連結部と、
を有し、
前記軸体は、軸方向に貫通する中空部を備え、
前記各回転部材の前記各面部には、前記軸方向に隣接する回転部材の間で、前記軸方向に作用する力を受け止める環状のベアリングを収容可能な形状を有する凹部が設けられる、
外部駆動型の関節構造体。

【請求項2】

前記軸方向に隣接する回転部材の凹部の間には、当該隣接する回転部材の相対的な回転角を検出するエンコーダが更に収容される、
請求項１に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項3】

前記各凹部は、円環状に形成され、
前記各凹部の内周面の付け根には、当該内周面から径方向内側に延びる円環状の段差部が設けられ、
前記各回転部材と隣接する回転部材の前記各凹部と対向する面部には、前記各凹部より径の小さい円環状の突出部が設けられ、
前記突出部の外周面の付け根には、当該突出部の外周面から径方向外側に延びる円環状の段差部が設けられ、
クロスローラベアリングが、前記環状のベアリングとして、前記各凹部の内周面、前記各凹部の前記段差部の軸方向の面、前記突出部の外周面、及び前記突出部の前記段差部の軸方向の面で支持されるように配置される、
請求項１又は２に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項4】

軸方向に延びる軸体と、
前記軸方向に配置され、前記軸体によって軸周りに互いに回転可能に連結される複数の回転部材と、
を備え、
前記各回転部材は、
前記軸方向に対向する一対の面部と、
前記一対の面部の外周縁に沿って配置される側壁部と、
前記面部又は前記側壁部に配置され、ロボットのリンクを構成するリンク部材が連結する少なくとも１つの連結部と、
を有し、
前記軸体は、軸方向に貫通する中空部を備え、
２つの前記回転部材を備え、
前記各回転部材の前記連結部は、前記関節構造体を軸方向に垂直な軸で反転させても、前記リンク部材の位置関係を保持したまま当該関節構造体を利用可能なように、軸方向に対称に配置され、
前記２つの回転部材のうち一方の回転部材は前記軸体と一体形成され、
前記２つの回転部材のうち他方の回転部材は前記軸体が挿通する貫通孔を有し、
ラジアルベアリングが、前記軸体にしまりばめ及び前記貫通孔の内周壁にすきまばめになる、又は前記軸体にすきまばめ及び前記貫通孔の内周壁にしまりばめになるように配置される、
外部駆動型の関節構造体。

【請求項5】

軸方向に延びる軸体と、
前記軸方向に配置され、前記軸体によって軸周りに互いに回転可能に連結される複数の回転部材と、
を備え、
前記各回転部材は、
前記軸方向に対向する一対の面部と、
前記一対の面部の外周縁に沿って配置される側壁部と、
前記面部又は前記側壁部に配置され、ロボットのリンクを構成するリンク部材が連結する少なくとも１つの連結部と、
を有し、
前記軸体は、軸方向に貫通する中空部を備え、
３つ以上の前記回転部材を備え、
前記３つ以上の前記回転部材のうちの少なくとも２つの回転部材の前記連結部は同一のリンク部材に連結される、
外部駆動型の関節構造体。

【請求項6】

前記複数の回転部材のうちの少なくとも１つの回転部材は、前記側壁部に配置された複数の前記連結部を備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項7】

前記複数の回転部材のうちの少なくとも１つの回転部材は、前記一対の面部のいずれかに配置された少なくとも１つの前記連結部を備え、
前記複数の回転部材のうちのその他の回転部材は、前記側壁部に配置された少なくとも１つの前記連結部を備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項8】

前記各連結部と前記リンク部材との連結は磁石によって構成される、
請求項１から７のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項9】

前記各回転部材は、前記側壁部に配置された少なくとも１つの前記連結部を有し、
前記各回転部材の側壁部は円筒状に形成され、
前記側壁部に配置される各連結部は、接線方向に前記側壁部の円弧部を切り欠いた形状を有している、
請求項１から８のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項10】

軸方向に延びる軸体と、
前記軸方向に配置され、前記軸体によって軸周りに互いに回転可能に連結される複数の回転部材と、
を備え、
前記各回転部材は、
前記軸方向に対向する一対の面部と、
前記一対の面部の外周縁に沿って配置される側壁部と、
前記面部又は前記側壁部に配置され、ロボットのリンクを構成するリンク部材が連結する少なくとも１つの連結部と、
を有し、
前記軸体は、軸方向に貫通する中空部を備え、
前記各回転部材は、前記側壁部に配置された少なくとも１つの前記連結部を有し、
前記各回転部材の側壁部は円筒状に形成され、
前記側壁部に配置される各連結部は、接線方向に前記側壁部の円弧部を切り欠いた形状を有している、
外部駆動型の関節構造体。

【請求項11】

前記各回転部材の側壁部の高さは、前記リンク部材の厚みと同一である、
請求項９又は１０に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項12】

前記側壁部に配置される各連結部は、前記リンク部材の端面の中央に設けられる凹部に対応して、前記接線方向の中央に径方向外側に突出する凸部を有する、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項13】

前記各回転部材の前記側壁部に配置される前記各連結部と前記リンク部材との連結部分の軸方向の両側のうち少なくとも一方には当該連結部分を支持する補強板が配置される、
請求項９から１２のいずれか１項に記載の外部駆動型の関節構造体。

【請求項14】

請求項９から１３のいずれか１項に記載の関節構造体と、
前記関節構造体の前記各回転部材の前記側壁部に配置される前記各連結部に連結されるリンク部材と、
を備え、
前記関節構造体の前記各回転部材の前記側壁部は、ワイヤ駆動用溝部を有し、
前記リンク部材には、固定具が取り付けられ、
外部の駆動源により駆動されるワイヤは、前記ワイヤ駆動用溝部に沿うように配置され、当該ワイヤの端部が前記固定具に固定される、
リンク機構。

【請求項15】

請求項４に記載の２つ以上の関節構造体と、
前記各関節構造体の前記連結部に連結されるリンク部材と、
を備え、
前記リンク部材を介して隣接する２つの関節構造体において、一方の関節構造体が他方の関節構造体に対して当該一方の関節構造体の軸方向に垂直な軸で反転した状態で利用され、当該一方の関節構造体の軸方向に垂直な方向に各回転部材の前記側壁部が対向するように配置される、
リンク機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部駆動型の関節構造体の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、モジュール型マニピュレータの関節構造体が提案されている。具体的には、特許文献１で開示される関節構造体は、モータを内蔵し、当該モータの回転と共に回転する回転体の周上及び端面の２カ所に、他の関節構造体と結合可能な着脱面を備えている。そのため、複数の関節構造体を互いに結合することができ、これによって、多関節構造を有するマニピュレータを形成することができる。

【0003】

また、特許文献２には、互いに直列に接続した回転ピボット継手と回転スイベル継手とを介して、遠位継手部と近位継手部とが軸回転及び旋回可能に接続された多軸継手が提案されている。当該多軸継手によれば、ロボットのリンク機構において、２方向の自由度を有する関節を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６２−２８２８８６号公報

【特許文献2】特開２０１０−２５５８５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

外骨格ロボット、ロボットアーム等のロボットのリンク機構に利用可能な関節構造体には、駆動源と直接連結又は内蔵するアクチュエータ内蔵型の関節構造体（例えば、特許文献１）と、駆動源から切り離され、連結するリンク部材等の外部から伝達される外力によって駆動する外部駆動型の関節構造体（例えば、特許文献２）と、が存在する。

【0006】

アクチュエータ内蔵型の関節構造体は、当該関節構造体を直接駆動するモータ等のアクチュエータを収容するハウジングを内部に設けるため、比較的に大型になってしまう。また、内蔵するアクチュエータにより、形状、構造、駆動方向等が制限されてしまう。そのため、アクチュエータ内蔵型の関節構造体は、その利用場面が限定的であった。

【0007】

一方、外部駆動型の関節構造体には、そのような制限がないため、形成するリンク機構に応じて比較的自由に設計可能である。そのため、外部駆動型の関節構造体は様々な場面で利用可能であり、当該外部駆動型の関節構造体によれば、多様なリンク機構を構成することができる。

【0008】

しかしながら、従来、外部駆動型の関節構造体は、各利用場面に最適なように個別に設計されることが多く、モジュール化が殆どなされてこなかった。すなわち、汎用的に利用可能な外部駆動型の関節構造体の開発が殆ど行われてこなかった。

【0009】

本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、モジュール化され、汎用的に利用可能な外部駆動型の関節構造体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

【0011】

すなわち、本発明の一側面に係る外部駆動型の関節構造体は、軸方向に延びる軸体と、前記軸方向に配置され、前記軸体によって軸周りに互いに回転可能に連結される複数の回転部材と、を備え、前記各回転部材は、前記軸方向に対向する一対の面部と、前記一対の面部の外周縁に沿って配置される側壁部と、前記面部又は前記側壁部に配置され、ロボットのリンクを構成するリンク部材が連結する少なくとも１つの連結部と、を有する。

【0012】

上記構成では、複数の回転部材が、軸回りに互いに回転可能に連結される。加えて、各回転部材は、ロボットのリンクを構成するリンク部材を連結する連結部を少なくとも１つ有している。

【0013】

そのため、異なる回転部材に異なるリンク部材を連結することで、上記構成に係る関節構造体を介して複数のリンク部材を連結することができる。また、アクチュエータ等から外力が作用することでリンク部材が移動した場合には、当該リンク部材の移動に応じて、当該リンク部材に連結した回転部材が軸回りに回転することができる。

【0014】

すなわち、上記構成に係る関節構造体は、リンク部材から伝達される外力によって駆動することができ、これによって、異なる回転部材に連結したリンク部材間の位置関係を変化させることができる。したがって、上記構成によれば、モジュール化され、汎用的に利用可能な外部駆動型の関節構造体を提供することができる。

【0015】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記複数の回転部材のうちの少なくとも１つの回転部材は、前記側壁部に配置された複数の前記連結部を備えてもよい。当該構成によれば、少なくとも１つの回転部材の側壁部に複数のリンク部材が連結可能であるため、後述するパラレルリンク化したスコットラッセル機構等の複雑なリンク機構を実現することができる。

【0016】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記複数の回転部材のうちの少なくとも１つの回転部材は、前記一対の面部のいずれかに配置された少なくとも１つの前記連結部を備えてもよく、かつ、前記複数の回転部材のうちのその他の回転部材は、前記側壁部に配置された少なくとも１つの前記連結部を備えてもよい。当該構成によれば、少なくとも１つの回転部材の面部に連結されるリンク部材と他の回転部材の側壁部に連結されるリンク部材との間で、リンクの接続方向を変換することができる。したがって、特別な構造を持たなくても、リンクの接続方向を変換可能であるため、構築するリンク機構を全体的にコンパクトにすることができる。

【0017】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各回転部材の前記各面部には、前記軸方向に隣接する回転部材の間で、前記軸方向に作用する力を受け止める環状のベアリングを収容可能な形状を有する凹部が設けられてよい。当該構成によれば、ベアリングにより軸方向の補強が可能なモジュール化された関節構造体を提供することができる。

【0018】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記軸方向に隣接する回転部材の凹部の間には、当該隣接する回転部材の相対的な回転角を検出するエンコーダが更に収容されてよい。当該構成では、回転角度を検出するエンコーダが関節構造体に内蔵される。そのため、角度を検出可能でコンパクトなモジュール化された関節構造体を提供することができる。

【0019】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各凹部は、円環状に形成されてよく、前記各凹部の内周面の付け根には、当該内周面から径方向内側に延びる円環状の段差部が設けられてよく、前記各回転部材と隣接する回転部材の前記各凹部と対向する面部には、前記各凹部より径の小さい円環状の突出部が設けられてよく、前記突出部の外周面の付け根には、当該突出部の外周面から径方向外側に延びる円環状の段差部が設けられてよく、クロスローラベアリングが、前記環状のベアリングとして、前記各凹部の内周面、前記各凹部の前記段差部の軸方向の面、前記突出部の外周面、及び前記突出部の前記段差部の軸方向の面で支持されるように配置されてもよい。当該構成によれば、クロスローラベアリングを用いることで、スラストベアリングを用いる場合に比べて、軸体の外径を大きくすることができる。これにより、軸体の剛性を高めることができる。

【0020】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、２つの前記回転部材を備え、前記各回転部材の前記連結部は、前記関節構造体を軸方向に垂直な軸で反転させても、前記リンク部材の位置関係を保持したまま当該関節構造体を利用可能なように、軸方向に対称に配置されてよく、前記２つの回転部材のうち一方の回転部材は前記軸体と一体形成され、前記２つの回転部材のうち他方の回転部材は前記軸体が挿通する貫通孔を有してよく、ラジアルベアリングが、前記軸体にしまりばめ及び前記貫通孔の内周壁にすきまばめになる、又は前記軸体にすきまばめ及び前記貫通孔の内周壁にしまりばめになるように配置されてよい。当該構成によれば、軸方向に対称性を有することで、不釣合荷重及び静止荷重のように荷重条件の異なる場面に適用可能な関節構造体を提供することができる。なお、この場合、各連結部は、同一種のリンク部材に連結可能に構成される。また、本形態に係る関節構造体を利用して、次のようなリンク機構を構築してもよい。すなわち、本発明の一側面に係るリンク機構は、本形態に係る２つ以上の関節構造体と、前記各関節構造体の前記連結部に連結されるリンク部材と、を備え、前記リンク部材を介して隣接する２つの関節構造体は、一方の関節構造体が他方の関節構造体に対して軸方向に垂直な軸で反転した状態で利用されることにより、軸方向に垂直な方向に各回転部材が対向するように配置される。当該構成によれば、幅方向にコンパクトなリンク機構を構築することができる。

【0021】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、２つの前記回転部材を備え、前記各回転部材の前記連結部は、前記関節構造体を軸方向に垂直な軸で反転させても、前記リンク部材の位置関係を保持したまま当該関節構造体を利用可能なように、軸方向に対称に配置されてよく、前記軸体は、前記２つの回転部材とは別体に形成され、各回転部材は前記軸体が挿通する貫通孔を有してよく、前記軸体にしまりばめ及び前記貫通孔の内周壁にすきまばめになる、又は前記軸体にすきまばめ及び前記貫通孔の内周壁にしまりばめになるように、ラジアルベアリングが、前記軸体及び前記各回転部材の間に配置されてよい。当該構成によれば、軸方向に対称性を有する関節構造体を提供することができる。

【0022】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、３つ以上の前記回転部材を備えてもよく、前記３つ以上の前記回転部材のうちの少なくとも２つの回転部材の前記連結部は同一のリンク部材に連結されてもよい。当該構成によれば、１つのリンク部材を複数の回転部材で支持することで、当該リンク部材から作用する外力を各回転部材に分散することができる。したがって、当該構成によれば、比較的に大きな力がリンク部材から作用しても、当該関節構造体の軸体の変形を低減することができる。

【0023】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各連結部と前記リンク部材との連結は磁石によって構成されてよい。当該構成によれば、各回転部材とリンク部材とを簡単に連結することができるため、リンク機構を容易に作製できるようになる。

【0024】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各回転部材は、前記側壁部に配置された少なくとも１つの前記連結部を有してよく、前記各回転部材の側壁部は円筒状に形成されてよく、前記側壁部に配置される各連結部は、接線方向に前記側壁部の円弧部を切り欠いた形状を有していてよい。当該構成によれば、旋盤加工等により簡単に作製可能な関節構造体を提供することができる。なお、側壁部が円筒状である状態とは、連結部について切り欠いた部分を除き、側壁部の外形が円筒形である状態を指す。

【0025】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各回転部材の側壁部の高さは、前記リンク部材の厚みと同一であってよい。当該構成によれば、コンパクトなリンク機構を構築可能な関節構造体を提供することができる。

【0026】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記側壁部に配置される各連結部は、前記リンク部材の端面の中央に設けられる凹部に対応して、前記接線方向の中央に径方向外側に突出する凸部を有してよい。当該構成によれば、各回転部材において連結部として切り欠く部分を径方向の外側にすることができるため、比較的に径の大きいベアリングを配置可能な関節構造体を提供することができる。

【0027】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各回転部材の前記側壁部に配置される前記各連結部と前記リンク部材との連結部分の軸方向の両側のうち少なくとも一方には当該連結部分を支持する補強板が配置されてよい。当該構成によれば、ねじれに強い関節構造体を提供することができる。

【0028】

また、上記一側面に係る外部駆動型の関節構造体の別の形態として、前記各回転部材は、前記側壁部に複数の前記連結部を有してよく、前記複数の連結部は、前記各回転部材において、軸周りに対称に配置されてもよい。当該構成によれば、軸周りに回転しても、前記リンク部材の位置関係を保持したまま利用可能な関節構造体を提供することができる。

【0029】

また、本発明の一側面に係るリンク機構は、上記いずれかの形態に係る関節構造体と、前記関節構造体の前記各回転部材の前記側壁部に配置される前記各連結部に連結されるリンク部材と、を備え、前記関節構造体の前記各回転部材の前記側壁部は、ワイヤ駆動用溝部を有し、前記リンク部材には、固定具が取り付けられ、外部の駆動源により駆動されるワイヤは、前記ワイヤ駆動用溝部に沿うように配置され、当該ワイヤの端部が前記固定具に固定される。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、モジュール化され、汎用的に利用可能な外部駆動型の関節構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、実施の形態に係る関節構造体を模式的に例示する斜視図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る関節構造体を模式的に例示する断面図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る関節構造体を分解した状態を模式的に例示する。

【図4】図４は、実施の形態に係る関節構造体の連結部を模式的に例示する部分拡大図である。

【図5A】図５Ａは、実施の形態に係る回転部材の連結部にリンク部材を連結する前の状態を模式的に例示する断面図である。

【図5B】図５Ｂは、実施の形態に係る回転部材の連結部にリンク部材を連結した後の状態を模式的に例示する断面図である。

【図6】図６は、実施の形態に係る回転部材の連結部とリンク部材の端面との連結状態を模式的に例示する。

【図7A】図７Ａは、実施の形態に係る関節構造体を利用したロボット（スコットラッセル機構）を模式的に例示する斜視図である。

【図7B】図７Ｂは、実施の形態に係る関節構造体を利用したロボット（スコットラッセル機構）を模式的に例示する側面図である。

【図8】図８は、実施の形態に係る関節構造体を利用したロボット（ワイヤ駆動機構）を模式的に例示する斜視図である。

【図9A】図９Ａは、実施の形態に係る関節構造体を利用したロボット（デルタロボット）を模式的に例示する斜視図である。

【図9B】図９Ｂは、実施の形態に係る関節構造体を利用したロボット（デルタロボット）を模式的に例示する斜視図である。

【図10】図１０は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する断面図である。

【図11】図１１は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する斜視図である。

【図12】図１２は、他の形態に係る関節構造体を利用したロボット（スコットラッセル機構）を模式的に例示する斜視図である。

【図13】図１３は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する断面図である。

【図14】図１４は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する斜視図である。

【図15】図１５は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する断面図である。

【図16A】図１６Ａは、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する。

【図16B】図１６Ｂは、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する部分断面図（図１６ＡのＣ−Ｃ線の断面）である。

【図17】図１７は、他の形態に係る回転部材を模式的に例示する斜視図である。

【図18】図１８は、他の形態に係る関節構造体を模式的に例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形が行われてもよい。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

【0033】

§１ 構成例
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る外部駆動型の関節構造体１を説明する。図１は、本実施形態に係る関節構造体１を模式的に例示する斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る関節構造体１を模式的に例示する断面図である。なお、図２では、各構成要素を区別するために、ハッチングを利用している。このハッチングは、説明の便宜上のものであり、各構成要素の材質等を特定するものではない。ハッチングを利用しているその他の断面図についても同様である。

【0034】

図１及び図２に例示されるように、本実施形態に係る関節構造体１は、軸方向（図２の左右方向）に延びる軸体１３と、軸方向に配置され、当該軸体１３によって互いに回転可能に連結される２つの回転部材（１１、１２）と、を備えている。後述するとおり、本実施形態に係る関節構造体１は、モータ等のアクチュエータを内蔵するハウジングを備えておらず、離間した駆動源により駆動される。以下、各構成要素について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、２つの回転部材（１１、１２）をそれぞれ第１回転部材１１及び第２回転部材１２とも称する。また、図１では、説明の便宜のため、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を用いて各方向を例示している。ｘ軸は、軸体１３の軸方向を示しており、ｙ軸及びｚ軸は、軸体１３の軸方向に垂直な方向の一例を示している。

【0035】

（軸体）
まず、軸体１３について説明する。図２に例示されるように、本実施形態に係る軸体１３は、第１回転部材１１と一体的に形成されている。具体的には、軸体１３は、第１回転部材１１の後述する第２面部１１２の中央に一体的に連結しており、当該第２面部１１２から離間する方向に延びている。これにより、本実施形態では、第１回転部材１１の第２面部１１２側に第２回転部材１２が連結されるように構成されている。

【0036】

また、本実施形態に係る軸体１３は、円筒状に形成されており、軸方向に貫通する円柱状の中空部１３２を備えている。中空部１３２は、軸体１３の半径方向（以下、「径方向」とも記載する）の中央に配置されており、軸体１３及び第１回転部材１１を軸方向に貫通している。この軸体１３の上端部（図２の左側の端部）の外周壁には、内周壁に雌ネジが形成された円環状の締結具１３１（例えば、ナット）が取り付けられるように、雄ネジ（不図示）が形成されている。

【0037】

（回転部材）
次に、各回転部材（１１、１２）について説明する。まずは、第１回転部材１１について説明する。本実施形態に係る第１回転部材１１は、軸方向に対向する一対の面部（１１１、１１２）と、一対の面部（１１１、１１２）の外周縁に沿って配置される側壁部１１３と、を備えている。以下では、説明の便宜のため、一対の面部（１１１、１１２）をそれぞれ第１面部１１１及び第２面部１１２とも称する。

【0038】

本実施形態では、各面部（１１１、１１２）は、円形状に形成されており、側壁部１１３の高さ（図２の左右方向の長さ）は、各面部（１１１、１１２）の径に比べてやや短めになっている。そのため、第１回転部材１１は、高さ（図２の左右方向の長さ）の低い円筒状に形成されている。なお、外側に配置される第１面部１１１は、面一に形成されている。一方、第２回転部材１２側に配置される第２面部１１２は、軸体１３の周囲に円環状の凹部１１５を有している。

【0039】

また、本実施形態では、側壁部１１３には、２つの連結部２１が設けられている。具体的には、２つの連結部２１は、各面部（１１１、１１２）の面方向中央に対して１８０度の位置に配置されている。各連結部２１には、外骨格ロボット、ロボットアーム等のロボットのリンクを構成するリンク部材３１が連結する。なお、ロボットは、リンク機構を有し、１以上の自由度で駆動する機械を含む。

【0040】

本実施形態に係る各連結部２１とリンク部材３１との連結方法については後述で詳細に説明する。概略的には、図１に例示されるように、各連結部２１は、径方向に対して垂直な接線方向に貫通する逆Ｔ字状の溝部２１１を有しており、この溝部２１１にはくさび（後述するくさび部材３２）が取り付けられる。断面略Ｈ状のリンク部材３１は、そのくさびを介して各連結部２１に連結される。

【0041】

次に、第２回転部材１２について説明する。本実施形態に係る第２回転部材１２は、軸体１３を除いた第１回転部材１１とほぼ同形に構成されている。すなわち、本実施形態に係る第２回転部材１２は、軸方向に対向する一対の円形状の面部（１２１、１２２）と、一対の面部（１２１、１２２）の外周縁に沿って配置される側壁部１２３と、を備えている。各面部（１２１、１２２）は、第１回転部材１１の各面部（１１１、１１２）と同径に形成されており、側壁部１２３は、第１回転部材１１の側壁部１１３と同じ高さ（軸方向に同じ長さ）に形成されている。また、第２回転部材１２の側壁部１２３には、各面部（１２１、１２２）の面方向中央に対して１８０度の位置に配置される２つの連結部２１が設けられている。

【0042】

一方、第２回転部材１２は、第１回転部材１１とは異なり、各面部（１２１、１２２）の面方向中央に、軸方向に貫通する円柱状の貫通孔１２４を有している。貫通孔１２４は、第２回転部材１２を軸体１３に取り付けられるように、軸体１３の外径よりも大きな径を有している。これにより、第２回転部材１２は、第２回転部材１２の内周壁と軸体１３の外周壁との間にラジアルベアリング１５を配置した上で、貫通孔１２４に軸体１３を挿入可能に構成されている。第２回転部材１２と第１回転部材１１とは、第２回転部材１２の貫通孔１２４に軸体１３を挿入した後、軸体１３の上端部に締結具１３１を取り付けることで、軸回りに回転可能に連結される。各回転部材（１１、１２）の各側面部（１１３、１２３）の形状は、両回転部材（１１、１２）の外形が左右対称になるように、軸体１３の軸方向に垂直な面に対して対称になっている。各ラジアルベアリング１５は、軸体１３にしまりばめ及び貫通孔１２４の内周壁にすきまばめになるように配置されてもよいし、軸体１３にすきまばめ及び貫通孔１２４の内周壁にしまりばめになるように配置されてもよい。

【0043】

なお、各ラジアルベアリング１５は、径方向（ラジアル方向）に作用する力を受け止めることができる。図２に例示されるように、本実施形態では、第２回転部材１２の内周壁と軸体１３の外周壁との間において、２つのラジアルベアリング１５が軸方向に整列するように配置される。第２回転部材１２の内周壁には、径方向内側に突出する係止用凸部１２５が設けられており、各ラジアルベアリング１５は、軸方向に係止用凸部１２５に係止することで位置決めされる。

【0044】

このとき、各ラジアルベアリング１５は、軸体１３の外径とほぼ同じ長さの内径を有し、締結具１３１は、外側（図２の左側）に配置されるラジアルベアリング１５が軸体１３から抜け出るのを防止する。これにより、第２回転部材１２は、係止用凸部１２５を介して、ラジアルベアリング１５及び締結具１３１により、軸体１３から抜け出るのを防止される。そのため、締結具１３１は、その外径が貫通孔１２４の径よりも小さくても、第２回転部材１２を抜け止めすることができる。よって、締結具１３１の外径は、貫通孔１２４の径より大きくてもよいし、小さくてもよい。

【0045】

また、本実施形態では、第１回転部材１１側に配置される第１面部１２１には、対向する第１回転部材１１の第２面部１１２の凹部１１５に対応する円形状の第１凹部１２６が設けられている。すなわち、第１凹部１２６は、凹部１１５の径と同径になっており、第１凹部１２６及び凹部１１５は、軸方向に互いに隣接することで円環状の内部空間を形成するように位置合わせされている。第２回転部材１２の第１凹部１２６及び第１回転部材１１の凹部１１５はそれぞれ、本発明の「凹部」に相当する。第１凹部１２６及び凹部１１５により形成される内部空間には、スラストベアリング１４及びエンコーダ１６が収容される。この内部空間に収容される各構成要素については、後述する。

【0046】

一方、第２面部１２２には、第１凹部１２６よりも小径の第２凹部１２７が設けられている。この第２凹部１２７の径は、締結具１３１の外径よりも大きくなっている。そのため、軸体１３に取り付けた第２回転部材１２を締結具１３１により抜け止めする際に、締結具１３１は、第２凹部１２７の高さ（図２の左右方向の長さ）の分だけ、第２回転部材１２の第２面部１２２から外側（図の左側）に大きく突出しないようになっている。

【0047】

更に、本実施形態では、側壁部１２３には、軸方向に整列し、周方向に延びる２つのワイヤ駆動用溝部１２９が設けられている。各ワイヤ駆動用溝部１２９には、関節構造体１を引っ張って駆動するためのワイヤが沿うように配置される。当該ワイヤ引きによる駆動については、後述する。

【0048】

なお、軸体１３及び各回転部材（１１、１２）は、切削加工、射出成形等の公知の方法により作製することができる。また、軸体１３及び各回転部材（１１、１２）は、適宜、３Ｄプリンタによって作製することができる。軸体１３及び各回転部材（１１、１２）の材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよく、例えば、アルミニウム、チタン等の金属、エンジニアリングプラスチック等の樹脂であってよい。

【0049】

（スラストベアリング及びエンコーダ）
次に、図３を更に用いて、軸方向に隣接する回転部材（１１、１２）の両凹部（１１５、１２６）で形成される内部空間に収容される各構成要素について説明する。図３は、本実施形態に係る関節構造体１を分解した状態を模式的に例示する。各凹部（１１５、１２６）は、スラストベアリング１４及びエンコーダ１６を収容可能な形状を有するように形成され、これによって、上記のとおり、両凹部（１１５、１２６）で形成される内部空間に、スラストベアリング１４及びエンコーダ１６が収容される。

【0050】

スラストベアリング１４は、軸方向（スラスト方向）に作用する力を受け止めることができる。スラストベアリング１４は、一般的には、複数の転動体を保持する保持器をハウジング軌道盤と軸軌道盤とで挟持した構成を有している。このスラストベアリング１４の転動体の種類は、実施の形態に応じて適宜選択されてよく、例えば、玉であってもよいし、ころであってもよい。ただし、スラストベアリング１４のタイプは、転動体を含むタイプに限定される訳ではなく、オイレスブッシュ、オイレスベアリング等の転動体を含まないタイプであってもよい。上記ラジアルベアリング１５も同様である。

【0051】

図２に例示されるように、このスラストベアリング１４は環状に形成されており、スラストベアリング１４の外径は各凹部（１１５、１２６）の径とほぼ同径になっている。一方、スラストベアリング１４の内径は、軸体１３の外径よりも大きくなっており、これによって、スラストベアリング１４の内周壁と軸体１３の外周壁との間には、軸体１３を囲むように円環状の空隙部１１６が形成される。

【0052】

本実施形態では、図２及び図３に例示されるように、この空隙部１１６に、隣接する回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を検出可能なエンコーダ１６が収容される。具体的には、スケール１６１及び検出素子１６２を備える光学反射式のエンコーダ１６が空隙部１１６に収容される。スケール１６１及び検出素子１６２は、当該空隙部１１６において、次のように配置される。

【0053】

すなわち、図２に例示されるように、スラストベアリング１４の第２回転部材１２側には、当該スラストベアリング１４と同じ外径を有する円環状の盤１４２が配置されている。第２回転部材１２の第１凹部１２６の底面には第１回転部材１１側（図２の右側）に突出する突出部１２８が設けられており、盤１４２の底面には、突出部１２８に対応する孔部１４３が設けられている。そのため、盤１４２は、この突出部１２８により位置決めされている。

【0054】

図２に例示されるように、盤１４２の径方向内側の部分は、第１回転部材１１側に円環状に突出している。この突出部分の外径はスラストベアリング１４の内径と同じになっており、突出部分の内径は軸体１３の外径とほぼ同じ又はやや大きくなっている。これにより、突出部分は、スラストベアリング１４の中空部に嵌まり込んでいる。そして、この突出部分の第１回転部材１１側の端面に、円環状のスケール１６１が取り付けられている。

【0055】

一方、スラストベアリング１４の第１回転部材１１側には、当該スラストベアリング１４と同じ外径及び内径を有する円環状のワッシャー１４１が配置されている。図３に例示されるように、このワッシャー１４１の内周壁と軸体１３の外周壁との間に、エンコーダ１６の検出素子１６２が配置されている。具体的には、検出素子１６２は、スケール１６１と軸方向に対向する第１回転部材１１の凹部１１５の底面に取り付けられている。

【0056】

スケール１６１は、軸体１３と同心になっており、その表面には、周方向に光の反射率が周期的に変化するように、目盛りが形成されている。この目盛りを検出素子１６２で読み取ることで、隣接する回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を検出することができる。すなわち、検出素子１６２は、スケール１６１に光を投射し、スケール１６１からの反射光を受光可能なように適宜構成される。

【0057】

検出素子１６２は、受光した反射光に応じた電気信号を、配線基板１６３を介して外部に出力する。配線基板１６３は、例えば、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit））で構成される。この配線基板１６３は、Ｌ字状に形成されており、直線部分と当該直線部分から突出した突出部１６４とを有している。図３に例示されるように、突出部１６４の端面には、コネクタ部１６５が設けられている。

【0058】

また、図１及び図３に例示されるとおり、この配線基板１６３を内部空間から外部に引き出すことができるように、第１回転部材１１には、配線基板１６３の形状に適合した配線用溝部１１４が設けられている。この配線用溝部１１４は、凹部１１５を含む第２面部１１２から側壁部１１３まで直線的に延びており、配線基板１６３の直線部分とほぼ同じ長さを有している。加えて、配線用溝部１１４の側壁部１１３に位置する部分は、連結部２１に隣接している。

【0059】

そのため、図３の矢印で示されるように、配線基板１６３の直線部分を配線用溝部１１４に沿わせ、突出部１６４を連結部２１側に折り畳むことで、連結部２１の溝部２１１の底部２１４に突出部１６４を配置することができる。これにより、本実施形態では、配線基板１６３の突出部１６４は、底部２１４に接着される。すなわち、配線基板１６３のコネクタ部１６５は、連結部２１の溝部２１１内に配置される。

【0060】

これに応じて、本実施形態では、検出素子１６２の検出した回転角のデータを利用する装置（例えば、アクチュエータを制御する制御装置）から延びるケーブル１７を、配線基板１６３に連結するのに、リンク部材３１の溝部３１４に沿わせることができる。すなわち、図３に例示されるように、ケーブル１７のコード部分をリンク部材３１の溝部３１４に埋め込んだ上で、ケーブル１７のコネクタ部１７１を連結部２１の溝部２１１内で配線基板１６３のコネクタ部１６５に連結することができる。

【0061】

以上のような構成により、エンコーダ１６は、隣接する回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を検出することができる。すなわち、第２回転部材１２の突出部１２８が孔部１４３に嵌り込んでいることで盤１４２が位置決めされているため、第２回転部材１２が軸回りに回転すると、スケール１６１は、第２回転部材１２の軸回りの回転と同じ分だけ、軸回りに回転する。同様に、検出素子１６２は凹部１１５の底面に取り付けられているため、第１回転部材１１が軸回りに回転すると、検出素子１６２は、第１回転部材１１の軸回りの回転と同じ分だけ、軸回りに回転する。つまり、スケール１６１及び検出素子１６２は、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の相対的な回転の分だけ、軸回りに相対的に回転する。そして、スケール１６１の端面には、周方向に光の反射率が周期的に変化するような目盛りが形成されており、検出素子１６２によりその目盛り（反射光）を読み取ることができる。そのため、検出素子１６２の出力（反射光に応じた電気信号）から隣接する回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を特定することができる。

【0062】

（連結部）
次に、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６を更に用いて、連結部２１におけるリンク部材３１の連結方法について説明する。図４は、本実施形態に係る関節構造体１の連結部２１を模式的に例示する部分拡大図である。図５Ａは、連結部２１にリンク部材３１を連結する前の状態を模式的に例示する断面図である。図５Ｂは、連結部２１にリンク部材３１を連結した後の状態を模式的に例示する断面図である。図６は、連結部２１の端面２１０とリンク部材３１の端面３１０との連結状態を模式的に例示する。

【0063】

図１及び図４に例示されるように、本実施形態に係る各連結部２１は、接線方向に各回転部材の側壁部（１１３、１２３）の円弧部を切り欠いた形状を有している。具体的には、各回転部材（１１、１２）の連結部２１は、径方向に垂直で平らな端面２１０を有しており、この端面２１０から径方向内側に向けて溝部２１１が形成されている。この溝部２１１は、径方向に垂直な接線方向に貫通しており、溝部２１１の一対の溝壁の上端にはそれぞれ、内側に突出する肉厚部２１２が設けられている。これにより、溝部２１１は、断面略逆Ｔ字状に形成されている。なお、端面２１０には、径方向外側に突出する４つの矩形状の突起部２１３が設けられている。

【0064】

一方、図１及び図６に例示されるように、本実施形態に係るリンク部材３１は、両側面部にそれぞれ長手方向に沿う溝部３１４が形成されている。これにより、リンク部材３１は、断面略Ｈ状に形成されている。なお、各溝部３１４を構成する一対の溝壁の縁部３１５は互いに内側に突出しているため、各溝部３１４は、断面略逆Ｔ字状に形成されている。また、図５Ａ及び図５Ｂに例示されるように、リンク部材３１は、平らな端面３１０中央において、当該端面３１０から長手方向に延びる孔部３１１を有している。このリンク部材３１は、例えば、アルミニウム、チタン等金属製、又はエンジニアリングプラスチック等の樹脂製のフレーム材である。ただし、リンク部材３１の材料は、これらに限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

【0065】

本実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに例示されるように、このような連結部２１とリンク部材３１とが、くさび部材３２を介して、次のように連結される。すなわち、くさび部材３２は、連結部２１の溝部２１１の幅広部分とほぼ同じ大きさを有する矩形状の頭部３２１と、溝部２１１の幅狭部分とほぼ同じ大きさを有する矩形状の胴部３２２と、を備えている。これにより、くさび部材３２は、断面略Ｔ字状に形成されている。

【0066】

このくさび部材３２は、頭部３２１が連結部２１の溝部２１１に嵌まり込むように配置される。これにより、図５Ａに例示されるように、くさび部材３２は、頭部３２１が溝部２１１の肉厚部２１２に係止し、かつ、胴部３２２が溝部２１１から突き出た状態になる。この胴部３２２の溝部２１１から突き出た部分には、ねじ３３を挿入できるように、ねじ３３の雄ネジ部３３３よりやや大径の円柱状の貫通孔３２３を有している。また、貫通孔３２３のねじ３３を受け入れる側には、ねじ３３のテーパー部３３２に適合するテーパー部３２４が設けられている。

【0067】

この貫通孔３２３に合わせて、リンク部材３１には、図の上側の面から孔部３１１に幅方向（図５Ａ及び図５Ｂの上下方向）に貫通する貫通孔３１２と、孔部３１１から図の下側の面に幅方向に貫通する貫通孔３１３と、が設けられている。本実施形態では、貫通孔３１２側からねじ３３を挿入するため、貫通孔３１２は、ねじ３３の頭部３３１の外径とほぼ同じ径を有している。また、貫通孔３１３は、ねじ３３の雄ネジ部３３３の外径とほぼ同じ径を有しており、その内周壁には、雄ネジ部３３３が螺合するための雌ネジが形成されている。これにより、図５Ｂに例示されるように、くさび部材３２の頭部３２１を連結部２１の溝部２１１に嵌め込み、リンク部材３１の孔部３１１に胴部３２２を挿入した状態で、ねじ３３を締結することで、連結部２１とリンク部材３１とを連結することができる。

【0068】

ここで、くさび部材３２の頭部３２１を溝部２１１に嵌め込んだ状態における連結部２１の端面２１０から貫通孔３２３までの距離ＷＡは、リンク部材３１の端面３１０からねじ３３の雄ネジ部３３３が螺合する貫通孔３１３までの距離ＷＢよりやや短くなっている。そのため、ねじ３３の雄ネジ部３３３を貫通孔３１３に螺合する際に、ねじ３３のテーパー部３３２が、くさび部材３２の貫通孔３２３のテーパー部３２４に当接しつつ、くさび部材３２をリンク部材３１側に引っ張る。

【0069】

これにより、くさび部材３２には、径方向（図の左右方向）に緊張が働き、この緊張の作用によって、連結部２１とリンク部材３１とが強固に連結される。具体的には、くさび部材３２の頭部３２１から連結部２１の肉厚部２１２に作用する力、及びくさび部材３２の貫通孔３２３を介してねじ３３からリンク部材３１の各貫通孔（３１２、３１２）の内周壁に作用する力により、連結部２１とリンク部材３１とが径方向に連結される。このとき、リンク部材３１は、各回転部材（１１、１２）の径方向に沿って延びるように、すなわち、各回転部材（１１、１２）の径方向とリンク部材３１の長手方向とが一致するように、連結部２１に連結される。本実施形態では、このようなくさび部材３２とねじ３３とを用いた簡単な締結により、各回転部材（１１、１２）の連結部２１にリンク部材３１を連結することができる。

【0070】

ただし、本実施形態では、連結部２１の溝部２１１が径方向に垂直な接線方向（図５Ａ及び図５Ｂの紙面に垂直な方向）に貫通しているため、くさび部材３２が、接線方向に移動して、頭部３２１が溝部２１１から接線方向に抜け出てしまう可能性がある。これに対応するため、本実施形態では、連結部２１の端面２１０に４つの突起部２１３が設けられている。

【0071】

具体的には、図６に例示されるように、４つの突起部２１３が、リンク部材３１の各縁部３１５に係止するように、矩形の四角に配置されている。これにより、連結部２１とリンク部材３１とが連結した状態では、リンク部材３１の各縁部３１５が各突起部２１３に係止するため、連結部２１とリンク部材３１とを連結するくさび部材３２の接線方向（図６の上下方向）の移動を抑制することができる。また、各突起部２１３は、軸方向にもリンク部材３１に当接しているため、リンク部材３１が軸方向にがたつくのを抑制することができる。更に、本実施形態では、各突起部２１３は、リンク部材３１の各縁部３１５付近の形状に対応しているため、各突起部２１３をリンク部材３１の位置合わせにも利用することができる。

【0072】

なお、図２、図５Ａ、及び図５Ｂに例示されるように、本実施形態に係る各回転部材（１１、１２）の厚み、換言すると、各側壁部（１１３、１２３）の高さは、各リンク部材３１の厚み（図２の左右方向の長さ）と同一に構成されている。これによって、各回転部材（１１、１２）が回転する際に、各回転部材（１１、１２）に連結されるリンク部材３１が互いに干渉しないようになっている。なお、『同一』とは、各回転部材（１１、１２）の厚みが各リンク部材３１の厚みと完全に同じになっている状態の他、互いに干渉しない又は後述する補強板５１を配置可能な程度に各回転部材（１１、１２）の厚みが各リンク部材３１の厚みより大きくなっている状態を含む。

【0073】

§２ 使用例
本実施形態に係る関節構造体１によれば、様々なリンク機構を構築することができる。以下では、３つの例を示す。

【0074】

（スコットラッセル機構）
まず、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、６つの関節構造体４０８ａ〜４０８ｆにより、パラレルリンク化したスコットラッセル機構を有するロボット４００を構築する例について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、本使用例に係るロボット４００を模式的に例示する斜視図及び側面図である。なお、各関節構造体に符号４０８ａ〜４０８ｆを付しているのは説明の便宜に過ぎず、各関節構造体４０８ａ〜４０８ｆは上記関節構造体１である。各関節構造体４０８ａ〜４０８ｆは、第２回転部材が紙面手前側になるように配置されている。同様に、各リンク部材に符号４０７ａ〜４０７ｈを付しているのは説明の便宜に過ぎず、各リンク部材４０７ａ〜４０７ｈは上記リンク部材３１である。

【0075】

本使用例に係るロボット４００は、地面に載置される矩形状のベース４０１と、ベース４０１の上面から鉛直方向に延びる角柱状の支柱４０２と、を備えている。支柱４０２には、上下方向に離間して一対のアクチュエータ（４０３、４０４）が取り付けられている。また、一対のアクチュエータ（４０３、４０４）の間には、２つの可動部（４０５、４０６）が上下方向に移動（スライド）可能に取り付けられている。

【0076】

各アクチュエータ（４０３、４０４）は、鉛直方向に出力ロッドを駆動することで、各可動部（４０５、４０６）を上下方向に移動させる。具体的には、上側に配置されたアクチュエータ４０３が可動部４０５を上下方向に移動させ、下側に配置されたアクチュエータ４０４が可動部４０６を上下方向に移動させる。すなわち、各可動部（４０５、４０６）は、互いに無関係に上下方向に移動することができる。

【0077】

なお、各アクチュエータ（４０３、４０４）の種類は、鉛直方向に出力ロッドを駆動可能であれば、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各アクチュエータ（４０３、４０４）には、リニアアクチュエータ、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ、ハイブリッド型アクチュエータ等が用いられてもよい。また、各可動部（４０５、４０６）の種類は、上下方向に移動可能であれば、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。各可動部（４０５、４０６）には、例えば、リニアベアリングが用いられてもよい。

【0078】

可動部４０５には、水平方向に延びるリンク部材４０７ａが取り付けられている。同様に、可動部４０６には、水平方向に延びる２つのリンク部材（４０７ｂ、４０７ｃ）が上下に離間して取り付けられている。各リンク部材４０７ａ〜４０７ｃは短めに構成されている。

【0079】

リンク部材４０７ａの可動部４０５とは反対側の端部には、関節構造体４０８ａが取り付けられる。具体的には、リンク部材４０７ａは、関節構造体４０８ａの第１回転部材の連結部に連結している。また、関節構造体４０８ａの第２回転部材の連結部には、リンク部材４０７ａより長手方向に長いリンク部材４０７ｄが連結している。

【0080】

これに対して、リンク部材４０７ｂの可動部４０６とは反対側の端部は、関節構造体４０８ｂの第２回転部材の連結部に連結している。また、関節構造体４０８ｂの第１回転部材の連結部には、リンク部材４０７ｂより長手方向に長いリンク部材４０７ｅが連結している。

【0081】

両リンク部材（４０７ｄ、４０７ｅ）は、関節構造体４０８ｄに連結している。具体的には、関節構造体４０８ｄの第１回転部材の連結部にリンク部材４０７ｅが連結し、第２回転部材の連結部にリンク部材４０７ｄが連結している。そして、関節構造体４０８ｄの第１回転部材のもう一方の連結部には、リンク部材４０７ｅと同程度の長さを有するリンク部材４０７ｇが連結している。

【0082】

これにより、３つの関節構造体（４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｄ）と５つのリンク部材（４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｄ、４０７ｅ、４０７ｇ）とで、スコットラッセル機構が構築される。なお、リンク部材４０７ｇの関節構造体４０８ｄとは反対側の端部は、関節構造体４０８ｅの第１回転部材の連結部に連結している。また、関節構造体４０８ｅの第２回転部材の連結部には、可動部４０６に隣接する２つの関節構造体（４０８ｂ、４０８ｃ）の上下方向の間の距離と同じ長さを有するリンク部材４０７ｈが連結している。そして、リンク部材４０７ｈの関節構造体４０８ｅとは反対側の端部は、関節構造体４０８ｆの第２回転部材の連結部に連結している。このリンク部材４０７ｈには、エンドエフェクタ等の先端部４０９が取り付けられている。

【0083】

一方、リンク部材４０７ｂの下方に配置されたリンク部材４０７ｃの可動部４０６とは反対側の端部は、関節構造体４０８ｃの第２回転部材の連結部に連結している。また、関節構造体４０８ｃの第１回転部材の連結部には、上方に配置された２つのリンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）及び関節構造体４０８ｄの合計の長さと同じ長さを有するリンク部材４０７ｆが連結している。このリンク部材４０７ｆの関節構造体４０８ｃと反対側の端部は、関節構造体４０８ｆの第１回転部材の連結部に連結している。

【0084】

すなわち、このロボット４００では、一対のリンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）とリンク部材４０７ｆとが平行になっており、４つの関節構造体（４０８ｂ、４０８ｃ、４０８ｆ、４０８ｅ）を繋ぐリンクにより平行四辺形が形成される（パラレルリンク）。そのため、ロボット４００は、上記スコットラッセル機構の特性により、各アクチュエータ（４０３、４０４）を駆動し、各可動部（４０５、４０６）を上下に移動させることで、先端部４０９を上下前後（図７Ｂの矢印方向）に移動させることができる。その上で、ロボット４００は、このパラレルリンクの特性により、各アクチュエータ（４０３、４０４）を駆動して、リンク部材４０７ｈに取り付けられた先端部４０９を上下前後に移動させても、この先端部４０９の水平を維持することができる。

【0085】

なお、このロボット４００では、関節構造体４０８ｄのみ、同一の回転部材の２つの連結部が同時に利用されている。すなわち、２つのリンク部材（４０７ｅ、４０８ｇ）を直線的に連結するのに、関節構造体４０８ｄの第１回転部材の２つの連結部が利用されている。一方、その他の関節構造体の各回転部材では、１つの連結部しかリンク部材の連結に利用されていない。そのため、その他の関節構造体の各回転部材は、少なくとも１つの連結部を有していればよく、その他の連結部は省略されてもよい。また、各リンク部材が連結する各回転部材は、上記の例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

【0086】

以上のように、少なくとも１つの回転部材の側壁部に２つ以上の連結部が設けられていれば、上記パラレルリンク化したスコットラッセル機構を有するロボット４００を構築することができる。そのため、複数の回転部材のうち少なくとも１つの回転部材の側壁部に複数の連結部を設けることで、上記パラレルリンク化したスコットラッセル機構等の複雑なリンク機構を実現することができる。

【0087】

（ワイヤ駆動機構）
次に、図８を用いて、ワイヤ駆動用溝部１２９を利用して、関節構造体１をワイヤ駆動する例について説明する。図８は、ワイヤ引きにより駆動する３つの関節構造体４１２を有するロボット４１０を模式的に例示する斜視図である。なお、上記と同様に、各関節構造体に符号４１２Ａ、４１２Ｂを付しているのは説明の便宜に過ぎず、各関節構造体（４１２Ａ、４１２Ｂ）は上記関節構造体１である。具体的には、第１回転部材１１を紙面手前側に向けて利用している関節構造体に「４１２Ａ」を付しており、第２回転部材１２を紙面手前側に向けて利用している関節構造体に「４１２Ｂ」を付している。以下、両者を区別しない場合には、単に「関節構造体４１２」と記載する。同様に、各リンク部材に符号４１１を付しているのは説明の便宜に過ぎず、各リンク部材４１１は上記リンク部材３１である。

【0088】

本使用例に係るロボット４１０では、４つのリンク部材４１１が３つの関節構造体４１２により連結されている。各リンク部材４１１は、各関節構造体４１２の連結部に適宜連結されている。具体的には、関節構造体４１２Ｂの第１回転部材と関節構造体４１２Ｂの下方に配置される関節構造体４１２Ａの第２回転部材とがリンク部材４１１で連結されている。また、関節構造体４１２Ｂの第２回転部材と関節構造体４１２Ｂの上方に配置される関節構造体４１２Ａの第１回転部材とがリンク部材４１１で連結されている。各関節構造体４１２の上方には、一対の固定具（４１３、４１４）が、各リンク部材４１１の溝部に固定されている。

【0089】

各固定具（４１３、４１４）には、各ワイヤ（４１５、４１６）の端部が固定されている。具体的には、固定具４１３にワイヤ４１５の端部が固定されており、固定具４１４にワイヤ４１６の端部が固定されている。各ワイヤ（４１５、４１６）は、ボーデンケーブルであり、ワイヤ駆動用溝部１２９に沿うように配置された後、各関節構造体４１２の下方に配置された結束具４１７を通過して、外部に設けられた駆動源に連結されている。駆動源は、例えば、空圧アクチュエータ、モータ等である。

【0090】

本使用例に係るロボット４１０は、このような構成を有することにより、次のように動作する。すなわち、外部の駆動源によりワイヤ４１５を引っ張ると、固定具４１３にその力が作用し、駆動対象の関節構造体４１２の上方のリンク部材４１１が矢印Ａ１方向に引っ張られる。これにより、当該リンク部材４１１に連結している回転部材が回転する。同様に、外部の駆動源によりワイヤ４１６を引っ張ると、固定具４１４にその力が作用し、駆動対象の関節構造体４１２の上方のリンク部材４１１が矢印Ａ２方向に引っ張られる。これにより、当該リンク部材４１１に連結している回転部材が回転する。本使用例に係るロボット４１０では、このようなワイヤ引きにより、関節構造体４１２を駆動することができる。

【0091】

なお、本使用例では、各関節構造体４１２Ａは、関節構造体４１２Ｂに対して軸方向に垂直な軸で反転した状態で利用されている。そして、関節構造体４１２Ｂの第１回転部材と関節構造体４１２Ｂの下方に配置される関節構造体４１２Ａの第２回転部材とがリンク部材４１１で連結されている。関節構造体４１２Ｂの第２回転部材と関節構造体４１２Ｂの上方に配置される関節構造体４１２Ａの第１回転部材とがリンク部材４１１で連結されている。これにより、リンク部材４１１を介して隣接する２つの関節構造体（４１２Ａ、４１２Ｂ）は、軸方向に垂直な方向に各回転部材が対向するように配置されている。そのため、本使用例に係るロボット４１０は、軸方向にコンパクトになっている。ただし、リンク機構を軸方向にコンパクトに構成する場合、各関節構造体の利用形態は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、上記ロボット４００のように、隣接する２つの関節構造体を同じ方向を向けて利用してもよい。この場合、ラジアルベアリングは、軸体及び貫通孔の内壁のいずれかにしまりばめにするのではなく、軸体及び貫通孔の内壁にやや隙間を設ける中間ばめで配置されてよい。当該構成によれば、隣接する２つの関節構造体を同じ方向を向けて利用することにより、締結具等を一方向側に配置することができるため、ベアリングのグリースアップもしくは与圧の調整が必要な場合でも、各関節構造体を一方向からメンテナンス可能なリンク機構を構築することができる。

【0092】

（デルタロボット）
次に、図９Ａを用いて、１８つの関節構造体４２４により、パラレルリンク機構を３カ所に有するデルタロボット４２０を構築する例について説明する。図９Ａは、本使用例に係るデルタロボット４２０を模式的に例示する斜視図である。なお、上記と同様に、各関節構造体に符号４２４を付しているのは説明の便宜に過ぎず、各関節構造体４２４は上記関節構造体１である。

【0093】

本使用例に係るデルタロボット４２０は、三角形の枠状の基部４２１を有している。基部４２１の各辺の中央には回転モータ４２２が取り付けられており、回転モータ４２２にはリンク部材４２３ａが連結している。このリンク部材４２３ａは、上記リンク部材３１である。

【0094】

リンク部材４２３ａの他方の端部には、関節構造体４２４が連結している。この関節構造体４２４には、Ｔ字状のリンク部材４２３ｂが連結している。このリンク部材４２３ｂは、４つの関節構造体４２４、同じ長さを有する２つのリンク部材（４２３ｃ、４２３ｄ）、及びＴ字状のリンク部材４２３ｅとで、パラレルリンクを構成する。

【0095】

各リンク部材（４２３ｃ、４２３ｄ）は、上記リンク部材３１である。また、Ｔ字状のリンク部材（４２３ｂ、４２３ｅ）の各端部は、上記リンク部材３１の端部と同様の構成を有する。このＴ字状のリンク部材（４２３ｂ、４２３ｅ）は、２つのリンク部材３１を適宜溶接、接着等することで、作製することができる。なお、各リンク部材４２３ａ〜４２３ｅは、各関節構造体４２４の連結部に適宜連結される。

【0096】

また、Ｔ字状のリンク部材４２３ｅの残りの端部にも関節構造体４２４が連結しており、この最も下方に配置された計３つの関節構造体４２４に、三角形の枠状の先端部４２５が取り付けられている。具体的には、先端部４２５の各角に、上記リンク部材３１の端部と同様の構成を有するリンク部４２６が設けられており、各リンク部４２６を介して、先端部４２５は、各関節構造体４２４に連結している。

【0097】

本使用例に係るデルタロボット４２０は、このような構成を有することにより、次のように動作する。すなわち、本使用例に係るデルタロボット４２０では、基部４２１に配置された３つの回転モータ４２２それぞれにパラレルリンク機構が連結している。そのため、３つの回転モータ４２２の全て又は一部を駆動することにより、駆動した回転モータ４２２に連結するパラレルリンク機構を上下方向に移動させることができ、これによって、水平状態を維持したままで、先端部４２５を各方向に移動させることができる。

【0098】

なお、図９Ｂに例示されるように、デルタロボット４２０に利用するアクチュエータは、回転モータ４２２に限定されなくてもよい。図９Ｂは、アクチュエータとして、鉛直方向に出力ロッドを駆動するリニアモータ４２７を用いたデルタロボット４２０Ａを模式的に例示する斜視図である。

【0099】

図９Ｂに例示されるように、本使用例に係るデルタロボット４２０Ａは、上記回転モータ４２２を直動のリニアモータ４２７に置き換えた点を除き、上記デルタロボット４２０と同じ構成を有する。このデルタロボット４２０Ａは、各リニアモータ４２７の出力ロッドを上下動させることで、上記デルタロボット４２０と同様に動作することができる。

【0100】

＜特徴＞
以上のとおり、本実施形態に係る関節構造体１では、２つの回転部材（１１、１２）が軸回りに互いに回転可能に連結される。加えて、各回転部材（１１、１２）は、ロボットのリンクを構成するリンク部材３１を連結するための連結部２１を２つずつ備えている。そのため、上記使用例に示したように、異なる回転部材（１１、１２）に異なるリンク部材３１を連結することで、関節構造体１を介して複数のリンク部材３１を連結することができる。更に、アクチュエータ等から外力が作用してリンク部材３１が変動した場合には、各回転部材（１１、１２）は、そのリンク部材３１の変動に応じて、軸周りに回転することができる。

【0101】

すなわち、本実施形態に係る関節構造体１は、リンク部材３１から伝達される外力によって駆動することができ、これによって、異なる回転部材（１１、１２）に連結したリンク部材３１間の位置関係を変化させることができる。加えて、この関節構造体１により、上記使用例に示されるような多様なリンク機構を構築することができる。したがって、本実施形態に係る関節構造体１は、モジュール化されており、汎用的に利用可能である。

【0102】

また、本実施形態では、軸方向に隣接する回転部材（１１、１２）の対向する面部（１１２、１２１）にはそれぞれ凹部（１１５、１２６）が設けられ、両凹部（１１５、１２６）により形成される内部空間には、スラストベアリング１４が配置されている。そのため、本実施形態に係る関節構造体１は、スラストベアリング１４により軸方向の強度が確保されている。

【0103】

また、本実施形態では、両凹部（１１５、１２６）により形成される内部空間に、更に、両回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を検出可能なエンコーダ１６が収容されている。そのため、本実施形態では、ケースなどの余分な構成要素を用いずに、エンコーダ１６が外部に接触しないようにすることができ、これによって、エンコーダ１６が外力により故障する可能性を格段に低減することができる。

【0104】

また、エンコーダ１６は内部空間に配置されるため、外部に配置した場合に比べて、当該関節構造体１の変形の影響を受けにくい。すなわち、関節構造体１の外形が外力によって変形しても、両凹部（１１５、１２６）による内部空間は変形しにくい。そのため、関節構造体１の外形が変形しても、エンコーダ１６を構成するスケール１６１と検出素子１６２との位置関係はほとんど変化しない。したがって、関節構造体１は、外力の加わる状況で利用されても、両回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を安定的に検出することができる。

【0105】

加えて、本実施形態では、スケール１６１は第２回転部材１２と一体的に回転し、検出素子１６２は第１回転部材１１と一体的に回転するように構成されている。そのため、本実施形態に係る関節構造体１では、ベルト・ギア・カップリング等の伝達部品を介して各回転部材（１１、１２）の回転を外付けエンコーダで計測する方法に比べて、バックラッシュ又は滑りに起因した誤差が生じることがない。したがって、本実施形態に係る関節構造体１は、両回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を正確に検出することができる。

【0106】

なお、本実施形態では、各回転部材（１１、１２）は円柱状の基本形状を有し、その基本形状から円弧部を接線方向に切断することで、各連結部２１が形成される。つまり、各回転部材（１１、１２）は円形から突出した部分を有する形状ではないため、各回転部材（１１、１２）の作製に旋盤加工を適用することができる。そのため、加工により各回転部材（１１、１２）を作製する場合であっても、非常に簡単に各回転部材（１１、１２）を作製することができる。

【0107】

また、本実施形態に係る関節構造体１は、外部駆動型であり、アクチュエータを内蔵するハウジング等、アクチュエータ内蔵型の関節構造体の必須の構成が不要であるため、コンパクトで、かつ軽量にすることができる。加えて、本実施形態に係る関節構造体１は、複雑な構造を有しておらず、簡単な設計で容易に作製することができる。

【0108】

また、本実施形態に係る関節構造体１では、軸体１３を除いた第１回転部材１１と第２回転部材とはほぼ同形に形成されているため、各回転部材（１１、１２）は、軸方向に左右対称になっている。詳細には、各側面部（１１３、１２３）の形状が、軸体１３の軸方向に垂直な面に対して対称になっている。そのため、本実施形態に係る関節構造体１によれば、閉リンクのリンク機構が構築しやすい。また、複数の関節構造体１の各回転部材（１１、１２）を交互にリンク部材３１で連結することで、かさを増やさずにリンク機構を構築することができる。

【0109】

更に、本実施形態では、各回転部材（１１、１２）に設けられる２つの連結部２１は、軸周りに１８０度の関係で各側壁部（１１３、１２３）に配置されている。そのため、各回転部材（１１、１２）の各連結部２１は軸方向に対称に配置されているため、各回転部材（１１、１２）に連結するリンク部材３１を軸方向に対称に活用することができる。例えば、第１回転部材１１側のリンク部材３１を固定した関節構造体１を備えるリンク機構において、当該関節構造体１をひっくり返して、第２回転部材１２側のリンク部材３１を固定しても同じリンク機構を構築することができる。また、本実施形態では、２つの回転部材（１１、１２）のうち一方の回転部材１１は軸体１３と一体形成され、他方の回転部材１２は、軸体１３が挿通する貫通孔１２４を有している。そして、ラジアルベアリング１５が、軸体１３にしまりばめ及び貫通孔１２４の内周壁にすきまばめになる、又は軸体１３にすきまばめ及び貫通孔１２４の内周壁にすきまばめになるように配置可能になっている。これにより、例えば、次のような効果を期待することができる。すなわち、本実施形態に係る関節構造体１では、第１回転部材１１側のリンク部材３１を固定すると、第２回転部材１２が回転することになり、外輪回転及び内輪静止のラジアル荷重が内部で作用することになる。そのため、ラジアルベアリング１５を挿入する貫通孔１２４の径は、このラジアル荷重を想定して決定されることになる。例えば、第２回転部材１２が不釣合荷重で駆動される場合には、ラジアルベアリング１５のはめあいは、内輪がしまりばめになり、外輪がすきまばめになるように構成される。すなわち、軸体１３の外径よりやや小さい内径を有し、かつ貫通孔１２４の径よりもやや小さい外径を有するラジアルベアリング１５は、軸体１３に対してしまりばめになり、貫通孔１２４の内周壁に対してすきまばめになるように配置する。そのため、貫通孔１２４の径は、ラジアルベアリング１５の外径よりも大きくなるように決定される。一方、第２回転部材１２が静止荷重で駆動されるようになると、ラジアルベアリング１５の内輪がすきまばめになり、外輪がしまりばめになるように、ベアリングの変更が求められる。すなわち、軸体１３の外径よりやや大きい内径を有し、かつ貫通孔１２４の径よりもやや大きい外径を有するラジアルベアリング１５を、軸体１３に対してすきまばめになり、貫通孔１２４の内周壁に対してしまりばめになるように配置する。このとき、ラジアルベアリング１５を変更しないとすると、貫通孔１２４の径の大きさの変更が求められる。これに対して、本実施形態に係る関節構造体１は、リンク部材３１を左右対称に利用することができる形状を有する。

【0110】

そのため、第２回転部材１２側のリンク部材３１を固定するようにし、第１回転部材１１に静止荷重が作用するようにすることで、貫通孔１２４の径又は軸体１３の径の大きさを変更することなく、本実施形態に係る関節構造体１にかかる荷重条件が異なる場合も、そのままリンク機構に適用することができる。なお、複数の関節構造体１によりリンク機構を構築する場合には、ラジアルベアリング１５の内輪がしまりばめになっている関節構造体１、及びラジアルベアリング１５の内輪がすきまばめになっている関節構造体１の両形態を利用してもよい。この場合、ラジアルベアリング１５の内輪がしまりばめになっている関節構造体１とラジアルベアリング１５の内輪がすきまばめになっている関節構造体１とを軸方向に対称に利用することで、軸方向にコンパクトなリンク機構を構築することができる。

【0111】

ここで、「連結部が軸方向に対称に配置される」とは、両回転部材（１１、１２）に連結される複数のリンク部材３１の位置関係を保持したまま、関節構造体１を軸方向に垂直な軸（図１の軸ＳＡ又は軸ＳＢ）で反転させて、両回転部材（１１、１２）の接続関係を入れ替え可能であることを指す。すなわち、図１に例示される関節構造体１を軸ＳＡ（ｙ軸）又は軸ＳＢ（ｚ軸）周りに反転させると想定した場合に、第１回転部材１１に反転前に連結していたリンク部材３１は、反転後に、第２回転部材１２の連結部２１にそのままの位置で連結可能である。また、第２回転部材１２に反転前に連結していたリンク部材３１は、反転後に、第１回転部材１１の連結部２１にそのままの位置で連結可能である。これにより、リンク機構の構造を変更することなく、そのリンク機構に利用する関節構造体１の向きを変えることで、当該関節構造体１を、第１回転部材１１が回転する内輪回転のジョイントとして利用したり、第２回転部材１２が回転する外輪回転のジョイントとして利用したりすることができる。また、配線用溝部１１４の位置を適宜変更することができる。なお、この「連結部が軸方向に対称に配置される」状態は、各回転部材（１１、１２）に設けられる２つの連結部が軸周りに１８０度の関係で配置される例に限定される訳ではなく、実施の形態に応じて適宜設計されてよい。

【0112】

更に、各回転部材（１１、１２）の側壁部（１１３、１２３）に設けられる２つの連結部２１は、軸周りに１８０度の関係で配置されているため、個々の回転部材（１１、１２）において、各連結部２１は、軸周りに対称になっている。そのため、本実施形態に係る関節構造体１は、軸周りに回転しても、前記リンク部材の位置関係を保持したまま利用可能である。これによって、配線用溝部１１４の位置を適宜変更することができる。なお、個々の回転部材において、各連結部が軸周りに対称になっている状態は、２つの連結部が軸周りに１８０度の関係で配置される例に限定される訳ではなく、実施の形態に応じて適宜設計されてよい。

【0113】

加えて、各構成要素の重量を適宜選択することで、本実施形態に係る関節構造体１は、外形だけでなく、全体の重量バランスを左右対称にすることができる。そのため、次のような効果を期待することができる。すなわち、従来のアクチュエータ内蔵型の関節構造体は電気モータで駆動されるところ、電気モータ単体では高速低トルク特性となるためロボットの駆動源には適さない。そのため、電気モータは、減速機を取り付けて利用される。

【0114】

したがって、従来のアクチュエータ内蔵型の関節構造体は、電気モータと減速機との流量の相違により、全体の重量バランスを左右対称にすることができない。そのため、このような関節構造体を利用したリンク機構では、通常、左右で重量のバランスが異なってしまう。これにより、リンクに対してひねる力が発生してしまうため、関節構造体の前後のリンク同士が接触してしまう可能性がある。この点は、特に、上記ロボット４００のような鉛直面内にリンク機構が配置されるロボットで問題となる。

【0115】

また、例えば、重量バランスが左右対称ではない関節構造体を互い違いに配置して、リンク機構全体の重量バランス左右対称にしたとする。この場合であっても、関節構造体が互い違いに配置されることにより、各関節構造体から延びる配線が互い違いになってしまい、リンク機構全体の配線の取り回しが悪化してしまう。

【0116】

これに対して、本実施形態に係る関節構造体１は、外部駆動型であり、上記のような電気モータ及び減速機を内蔵しないため、各構成要素の重量を適宜選択することで、全体の重量バランスを左右対称にすることができる。そのため、この関節構造体１を利用したリンク機構（例えば、上記ロボット４００）では、全体の重量バランスをほぼ左右対称にすることができ、関節構造体１の前後のリンク部材３１同士が接触してしまうのを防止することができる。加えて、リンク機構の重量バランスを左右対称にするために、各関節構造体１を互い違いに配置しなくてよいため、リンク機構全体の配線の取り回しが悪化してしまうのを防止することができる。

【0117】

§３ 変形例
以上、本発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。また、上記関節構造体１の各構成要素に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が行われてもよい。上記関節構造体１の各構成要素の形状及び大きさは、実施の形態に応じて、適宜設定されてもよい。例えば、以下の変更が可能である。なお、以下で説明する変形例では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

【0118】

＜３．１＞
例えば、上記実施形態に係る関節構造体１は、２個の回転部材（１１、１２）を備えている。しかしながら、本発明の関節構造体の備える回転部材の数は、上記実施形態の例に限定されなくてもよく、３つ以上であってもよい。

【0119】

図１０を用いて、その一例を説明する。図１０は、３つの回転部材（１１、１２、１８）を備える関節構造体１Ａを模式的に例示する断面図である。図１０に示されるとおり、本変形例に係る関節構造体１Ａは、上記関節構造体１とほぼ同様に構成される。すなわち、第３回転部材１８は、第２回転部材１２と同じ構成を有している。第１回転部材１１と第２回転部材１２との間の内部空間及び第２回転部材１２と第３回転部材１８との間の内部空間には、上記実施形態と同様に、スラストベアリング１４及びエンコーダが適宜配置される。また、軸体１３Ａは、第３回転部材１８を取り付ける分だけ軸方向の長さが長くなっている点を除き、上記実施形態に係る軸体１３と同じ構成を有している。更に、第２回転部材１２と軸体１３Ａとの間及び第３回転部材１８と軸体１３Ａとの間にはそれぞれ、上記実施形態と同様に、２個のラジアルベアリング１５が配置される。これにより、関節構造体１Ａは、それぞれ軸周りに回転可能に連結された３つの回転部材（１１、１２、１８）を備える。

【0120】

つまり、上記実施形態では、軸体１３の軸方向の長さを適宜調節することにより、軸体に取り付ける第２回転部材１２の個数を調節することができる。これにより、３つ以上の回転部材を備える関節構造体を適宜作製することができる。なお、３つ以上の回転部材を備える関節構造体を作製する方法は、このような例に限定される訳ではなく、後述する変形例を含め、実施の形態に応じて適宜選択可能である。

【0121】

＜３．２＞
例えば、上記実施形態では、各回転部材（１１、１２）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）は、円形状に形成されている。しかしながら、各回転部材（１１、１２）の形状は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各回転部材（１１、１２）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）は、六角形等の多角形であってもよいし、楕円形であってもよい。なお、これらの形状の場合に、各回転部材（１１、１２）の外形を軸方向に対称に形成してもよい。

【0122】

＜３．３＞
また、例えば、上記実施形態では、各回転部材（１１、１２）は、２つの連結部２１を有している。しかしながら、各回転部材（１１、１２）の有する連結部２１の数は、２つに限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてもよい。例えば、各回転部材（１１、１２）の有する連結部２１の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。このとき、各連結部２１は、上記実施形態と同様に各側壁部（１１３、１２３）に配置されてもよいし、上記変形例と同様に各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）に配置されてもよい。

【0123】

＜３．４＞
また、例えば、上記実施形態では、各連結部２１は、各回転部材（１１、１２）の側壁部（１１３、１２３）に配置されている。しかしながら、各連結部２１の配置は、このような例に限定されなくてもよく、各回転部材（１１、１２）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）に配置されてもよい。

【0124】

図１１を用いて、その一例を説明する。図１１は、第１回転部材１１Ｂの第１面部１１１Ｂに連結部２１Ｂを有する関節構造体１Ｂを模式的に例示する。図１１Ｂに例示されるとおり、第１回転部材１１Ｂは、第１面部１１１Ｂに連結部２１Ｂが設けられている点を除き、上記第１回転部材１１と同様の構成を有する。連結部２１Ｂは、上記連結部２１と同じ構成を有する。そのため、連結部２１Ｂには、上記と同様の連結方法で、リンク部材３１を連結することができる。

【0125】

図１１で例示されるように、複数の回転部材のうちの少なくとも１つの回転部材が一対の面部のいずれかに少なくとも１つの連結部を備えるようにし、複数の回転部材のうちのその他の回転部材が側壁部に少なくとも１つの連結部を備えるようにすることで、次のような効果を期待することができる。すなわち、面部に設けられた連結部（例えば、第１回転部材１１Ｂの連結部２１Ｂ）と側壁部に設けられた連結部（例えば、第２回転部材１２の連結部２１）との間で、リンクの接続方向を変換することができる。そのため、特別な構造を持たなくても、リンクの接続方向が変換可能となり、構築するリンク機構を全体的にコンパクトにすることができる。

【0126】

なお、連結部を設けることが可能な面部は、第１回転部材の第１面部に限定される訳ではない。例えば、第２回転部材の第２面部側に連結部が設けられてもうよい。また、各回転部材の各面部に連結部を設ける場合、アタッチメント等を介して、連結部が設けられてもよい。

【0127】

＜３．５＞
また、例えば、上記実施形態では、２つの連結部２１は、各回転部材（１１、１２）の面方向中央に対して１８０度の位置に配置されている（以下、この角度を「隣接する連結部の間の角度」と称する）。しかしながら、側壁部（１１３、１２３）に複数の連結部２１を設ける場合に、各連結部２１の位置関係は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

【0128】

例えば、隣接する連結部の間の角度は、鈍角又は鋭角に設定されてもよい。また、例えば、リンク部材を用いて多角形のリンクを構築する場合には、関節構造体を各頂点に配置可能なように、隣接する連結部の間の角度は、多角形の一つの角の角度と同じになるように設定されてよい。なお、隣接する連結部の間の角度が鈍角である関節構造体を用いることで、例えば、図１２に示すようなブーメラン型のパラレルリンク機構を構築することができる。

【0129】

図１２は、隣接する連結部の間の角度が鈍角である関節構造体１Ｃを用いたロボット４００Ｃを模式的に例示する斜視図である。図１２に例示されるロボット４００Ｃでは、上記ロボット４００のスコットラッセル機構部分の中間に配置される関節構造体４０８ｄが、隣接する連結部の間の角度が鈍角である関節構造体１Ｃに置き換えられている。

【0130】

そのため、この関節構造体１Ｃに連結する２つのリンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）は、ブーメラン状に屈折したリンクを構成する。これに伴い、本変形例では、上記ロボット４００のリンク部材４０７ｆが関節構造体１Ｃと２つのリンク部材３１ｃとに置き換えられている。

【0131】

各リンク部材３１ｃは、上記リンク部材３１と同じ構成を有し、各リンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）と同じ長さを有するように構成される。これにより、２つのリンク部材３１ｃと関節構造体１Ｃとで構成されるリンクは、２つのリンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）と関節構造体１Ｃとで構成されるリンクと同じ形状になる。すなわち、ブーメラン型のパラレルリンクが構成される。

【0132】

以上のように、隣接する連結部の間の角度が鈍角である関節構造体１Ｃを用いることで、パラレルリンクがブーメラン型になったロボット４００Ｃを構築することができる。なお、下方側のリンクでは、関節構造体１Ｃを利用せずに、２つのリンク部材（４０７ｅ、４０７ｇ）で構成されるブーメラン状のリンクと同じ形状を有するリンク部材を利用してもよい。

【0133】

また、例えば、上記実施形態及び上記変形例では、リンク部材３１は、各回転部材に対して、径方向又は軸方向（各面に垂直方向）に延びるように連結される。しかしながら、リンク部材３１を連結する向きは、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、連結部２１（２１Ｂ）の端面２１０は、径方向（軸方向）から傾いていてもよい。これにより、リンク部材３１を、各回転部材に対して径方向又は軸方向から傾くように、連結部２１（２１Ｂ）に連結することができる。

【0134】

＜３．６＞
また、例えば、上記実施形態及び変形例では、軸体１３（１３Ａ）は、第１回転部材１１と一体的に形成されている。しかしながら、軸体１３（１３Ａ）は、第１回転部材１１以外の回転部材と一体的に形成されてもよい。上記変形例のように、関節構造体が３つ以上の回転部材を備える場合、軸体１３（１３Ａ）は、最も外側に配置される２つの回転部材のいずれかと一体的に形成されてもよい。また、軸体１３（１３Ａ）は、最も外側に配置される２つの回転部材の間に配置されるいずれかと一体的に形成されてもよい。この場合、軸体１３（１３Ａ）は、当該回転部材の両側の面部から軸方向に延びるように形成される。更に、軸体１３（１３Ａ）は、最も外側に配置される２つの回転部材それぞれに一体的に形成されてもよい。この場合、各回転部材から延びる各軸体１３（１３Ａ）はネジ結合等で連結可能に構成されてよい。

【0135】

また、図１３に例示されるように、軸体１３（１３Ａ）は、各回転部材とは別体に形成されてもよい。図１３は、第１回転部材１１Ｄとは別体に形成される軸体１３Ｄを備える関節構造体１Ｄを模式的に例示する斜視図である。図１３に例示されるように、各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）は、上記第２回転部材１２とほぼ同様の構成を有する。

【0136】

本変形例に係る軸体１３Ｄは、円環状の基部１３３と、当該基部１３３から軸方向に延びる円筒部１３４と、を備えている。円筒部１３４は、上記軸体１３（１３Ａ）とほぼ同様に構成される。つまり、円筒部１３４の軸方向の長さは、各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）の幅の合計に対応している。また、円筒部１３４の外径は、ラジアルベアリング１５を配置可能な程度に、各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）の内径よりも小さくなっている。これにより、軸体１３Ｄと各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）との間には、ラジアルベアリング１５が配置される。

【0137】

これに対して、基部１３３の外径は円筒部１３４の外径よりも大きくなっている。これにより、基部１３３は、各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）の貫通孔に挿入されないようになっている。本変形例では、第１回転部材１１Ｄの面部に設けられた凹部１１７の径と基部１３３の外径とが同径になっており、基部１３３は、当該第１回転部材１１Ｄの凹部１１７に嵌り込むようになっている。この基部１３３は、第１回転部材１１Ｄの面部にネジ等で固定されてもよい。なお、基部１３３の内径と円筒部１３４の内径とは同径になっている。

【0138】

以上のように、軸体は、各回転部材とは別体に形成されてもよい。この場合、上記変形例でも例示されるとおり、全ての回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）を同形に形成することができる。そのため、関節構造体の作製コストを低減することができ、より安価にロボットのリンク機構を構築することができるようになる。

【0139】

なお、上記実施形態と同様に、各回転部材（１１Ｄ、１２Ｄ、１８Ｄ）の各面部は、互いに対向した際に上記スラストベアリング１４及びエンコーダ１６を収容可能なように、これらを収容可能な形状を有する凹部を備えてもよい。また、上記実施形態及び変形例では、軸体１３（１３Ａ、１３Ｄ）は、中空に形成されている。しかしながら、軸体１３（１３Ａ、１３Ｄ）は、中実に形成されてもよい。

【0140】

また、本変形例に係る関節構造体１Ｄでは、軸体１３Ｄは第１回転部材１１に連結されるため、第１回転部材１１の貫通孔内に配置されるラジアルベアリング１５は省略されてもよい。軸体１３Ｄの基部１３３が第１回転部材１１側に配置される分、関節構造体１Ｄは第１回転部材１１側に重くなる可能性がある。これに対して、第１回転部材１１の貫通孔内に配置されるラジアルベアリング１５を省略することで、関節構造体１Ｄの全体の重量バランスを左右対称にしやすくすることができる。

【0141】

＜３．７＞
また、上記実施形態及び変形例では、各リンク部材は、各回転部材に個別に連結される。しかしながら、リンク部材と回転部材との対応関係は、このような例に限定されなくてもよい。上記図１０及び図１３で例示される変形例のように、関節構造体が３つ以上の回転部材を備える場合は、少なくとも２つの回転部材の連結部が同一のリンク部材に連結されてもよい。

【0142】

図１４を用いて、その一例を説明する。図１４は、第１回転部材１１（１１Ｄ）の連結部と第３回転部材１８（１８Ｄ）の連結部とが同一のリンク部材３４に連結された状態を模式的に例示する斜視図である。ここで、「同一のリンク部材」は、複数の回転部材を同時に駆動可能であれば、一体的に形成されていてもよいし、複数の部材が組み合わさることで形成されてもよい。

【0143】

図１４に例示されるように、本変形例に係るリンク部材３４は、コの字型に形成されており、その端部は、上記リンク部材３１と同様の構成を有している。このリンク部材３４は、２つのリンク部材３１を溶接等で適宜連結することで作製することができる。そして、リンク部材３４の各端部は、第１回転部材１１（１１Ｄ）及び第３回転部材１８（１８Ｄ）の連結部に連結している。これにより、第１回転部材１１（１１Ｄ）及び第３回転部材１８（１８Ｄ）を同一のリンク部材３４に連結することができる。なお、同一のリンク部材に連結する回転部材の数は、この例に限定されなくてもよい。３つ以上の回転部材の連結部が同一のリンク部材に連結されてもよい。

【0144】

このように、少なくとも２つの回転部材の連結部が同一のリンク部材に連結するようにすることで、比較的に大きな力がリンク部材から関節構造体に作用しても、その力を、複数の回転部材で分割して受け止めることができる。これにより、外力によって関節構造体の軸体が変形してしまうのを抑制することができる。

【0145】

なお、同一のリンク部材に連結する回転部材の選択は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、図１４に例示されるように、最外側に配置される２つの回転部材の連結部を同一のリンク部材に連結してもよい。また、１又は複数の回転部材を挟む一対の回転部材の連結部を同一のリンク部材に連結してもよい。これにより、同一のリンク部材に連結される一対の回転部材の間に配置される回転部材から作用する力を、その両側に配置される当該一対の回転部材で受け止めることができる。そのため、関節構造体に作用する力が部分的に集中するのを避け、当該力を分散させることができる。したがって、同一のリンク部材に連結する回転部材をこのように選択することで、外力によって関節構造体の軸体が変形してしまうのを適切に抑制することができる。

【0146】

＜３．８＞
また、図１５に例示されるように、補強板を用いて、各回転部材の連結部とリンク部材との連結を補強してもよい。図１５は、連結部２１とリンク部材３１との連結を補強する補強板５１を備える関節構造体１Ｅを模式的に例示する断面図である。図１５Ｅに例示されるように、本変形例に係る関節構造体１Ｅは、上記実施形態と同様に、２つの回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）を備える。

【0147】

各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）は、略円環状の補強板５１を配置可能なように、外周面から径方向内側に延びる円環状の補強板用凹部５１１〜５１４を有している。この点を除き、各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）は、上記回転部材（１１、１２）と同じ構成を有している。

【0148】

各補強板用凹部５１１〜５１４の内径は各補強板５１の内径と同径になっている。ここで、各補強板用凹部（５１２、５１３）と各凹部（１１５、１２６）との間に隔壁が設けられるように、各補強板用凹部（５１２、５１３）の内径は、各凹部（１１５、１２６）の外径よりも大きくなっている。これにより、各補強板５１の内周壁とスラストベアリング１４とは接触しないようになっている。なお、補強板用凹部５１４の内径も、第２凹部１２７の外径よりも大きくなっている。

【0149】

以上のような構成により、各補強板５１は、各連結部２１に軸方向に隣接するように配置される。また、各補強板５１は、各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）の外径よりも大きな外径を有している。そのため、図１５に例示されるように、連結部２１とリンク部材３１との各連結部分には、一対の補強板５１が軸方向から挟んで支えるように配置される。これにより、各補強板５１は、連結部２１とリンク部材３１との連結を補強することができる。

【0150】

すなわち、連結部２１とリンク部材３１との連結部分を起点として、リンク部材３１に軸方向（接線方向）のモーメントが作用したとする。この場合、連結部２１の端面２１０に大きな力が作用し、肉厚部２１２が破壊されてしまい、連結部２１とリンク部材３１との連結が解かれてしまう可能性がある。これに対して、本変形例のように、連結部２１とリンク部材３１との連結部分に軸方向に隣接するように補強板５１を配置することで、上記のような力を補強板５１で支えることができる。これによって、連結部２１の端面２１０に大きな力が作用するのを抑制し、肉厚部２１２が破壊されてしまうのを防止することができる。したがって、本変形例によれば、ねじれに強い関節構造体を作製することができる。

【0151】

なお、補強板５１の配置の方法は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてもよい。例えば、上記補強板用凹部５１１〜５１４を設けることなく、各補強板５１は、各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）の各面部（１１１、１１２、１２１、１２２）にそのまま沿うように配置されてもよい。各補強板５１は、各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）と同一の部材で一体形成されてもよい。また、上記変形例では、連結部２１の軸方向の両側に一対の補強板５１が配置されている。しかしながら、補強板５１による補強方法はこのような例に限定されなくてもよく、例えば、いずれか一方の補強板５１が省略されてもよい。すなわち、各回転部材（１１Ｅ、１２Ｅ）の側壁部に配置される各連結部２１とリンク部材３１との連結部分の軸方向の両側のうち少なくとも一方に当該連結部分を支持する補強板５１を配置することで、ねじれに強い関節構造体を作製することができる。

【0152】

また、本変形例に係る関節構造体１Ｅでは、ラジアルベアリング１５が第２回転部材１２Ｅ側に設けられる分だけ、関節構造体１Ｅの重量が第２回転部材１２Ｅ側に偏ってしまう可能性がある。これに対して、各関節構造体（１１Ｅ、１２Ｅ）に取り付けられる第２回転部材１２Ｅ側（図１５の左側）の補強板５１を省略することで、関節構造体１Ｅの全体の重量バランスを左右対称にしやすくすることができる。

【0153】

＜３．９＞
また、上記実施形態では、連結部２１とリンク部材３１とは、くさび部材３２を介して連結される。しかしながら、連結部２１とリンク部材３１とを連結する方法は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、図１６Ａ及び図１６Ｂにより例示されるように、連結部２１とリンク部材３１との連結は磁石によって構成されてもよい。

【0154】

図１６Ａは、リンク部材３１Ｆと連結部２１Ｆとの連結を磁石で構成する回転部材１９を模式的に例示する。図１６Ｂは、図１６ＡのＣ−Ｃ線で示す部分断面図である。回転部材に符号１９を付しているのは説明の便宜のためであり、回転部材１９は、例えば、上記第２回転部材１２である。

【0155】

図１６Ｂに例示されるように、回転部材１９の連結部２１Ｆは、上記連結部２１と同じ形状を有しており、この連結部２１Ｆの溝部２１１に、矩形状の軟磁性プレート６１が取り付けられる。一方、リンク部材３１Ｆは、上記リンク部材３１と同じ形状を有しており、両溝部３１４にまたがるように円柱状の永久磁石６２が配置されている。このとき、永久磁石６２は、Ｎ極がいずれかの溝部３１４側を向くように配置される。そして、各溝部３１４には、この永久磁石６２に当接するように矩形状の軟磁性体ピン（６３、６４）が配置されている。両軟磁性体ピン（６３、６４）は、非磁性体ボルト６５で固定されている。

【0156】

なお、軟磁性プレート６１及び各軟磁性体ピン（６３、６４）の材料には、電磁軟鉄が用いられてもよい。軟磁性プレート６１及び各軟磁性体ピン（６３、６４）の材料は、軟磁性材料から適宜選択されてよい。また、非磁性体ボルト６５の材料は、非磁性材料から適宜選択されてよい。

【0157】

ここで、各軟磁性体ピン（６３、６４）及び軟磁性プレート６１は、互いに当接可能なように配置される。例えば、軟磁性プレート６１は、軟磁性プレート６１の端面が連結部２１Ｆの端面付近に位置するように配置される。同様に、各軟磁性体ピン（６３、６４）は、各軟磁性体ピン（６３、６４）の端面がリンク部材３１Ｆの端面付近に位置するように配置される。

【0158】

これにより、各軟磁性体ピン（６３、６４）と軟磁性プレート６１とを当接させると、永久磁石６２、各軟磁性体ピン（６３、６４）、及び軟磁性プレート６１で、磁力のループが形成される。そのため、各軟磁性体ピン（６３、６４）と軟磁性プレート６１とを適度な強度で連結することができる。本変形例では、このようにして、連結部２１Ｆとリンク部材３１Ｆとの連結を磁石で構成することができる。

【0159】

本変形例によれば、連結部２１Ｆとリンク部材３１Ｆとの連結が磁石で構成されるため、工具を用いることなく、ロボットのリンク機構を構築することができる。これにより、非常に容易にロボットを作製することができるようになる。

【0160】

また、過負荷時には、磁石による連結は解かれやすい。そのため、例えば、上記ロボット４００の関節構造体（４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ）等のアクチュエータから力が直接作用する関節構造体でこの磁石による連結方法を用いることで、過負荷時に、リンク機構をアクチュエータから切り離すことができる。これによって、過負荷が生じた際に、事故が発生するのを抑制することができる。同様に、外骨格ロボットに関節構造体を利用する場合に、人体に作用する関節構造体でこの磁石による連結方法を用いることで、人体にダメージを与えるような過負荷が生じるのを防止することができる。

【0161】

なお、本変形例では、永久磁石６２はリンク部材３１Ｆ側に配置されている。しかしながら、永久磁石６２の配置はこのような例に限定されなくてもよく、永久磁石６２は、回転部材１９側に配置されてもよい。また、上記磁力のループが形成可能であれば、各軟磁性体ピン（６３、６４）及び軟磁性プレート６１は、部分的に非磁性体材料で形成されてもよい。また、各構成要素の形状は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、永久磁石６２は、矩形状に形成されてもよい。

【0162】

また、磁石以外の方法で、連結部とリンク部材とを連結してもよい。例えば、上記実施形態では、連結部２１の端面２１０とリンク部材３１の端面３１０とを突き合わせた状態で、連結部２１とリンク部材３１とを連結している。しかしながら、リンク部材３１の厚み及び溝部２１１の幅によっては、リンク部材３１を溝部２１１に挿入した状態で、連結部２１とリンク部材３１とを連結してもよい。また、上記各回転部材が複数の連結部を備える場合、各連結部は、異なる方法でリンク部材と連結してもよい。

【0163】

＜３．１０＞
また、上記実施形態では、軸方向に隣接する回転部材（１１、１２）の間に、各回転部材（１１、１２）から軸方向に作用する力を受け止めるために、スラストベアリング１４が収容されている。しかしながら、軸方向に隣接する回転部材（１１、１２）の間に配置可能なベアリングは、軸方向に作用する力を受け止める環状のベアリングであれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、隣接する回転部材（１１、１２）の間には、スラスト方向及びラジアル方向の両方向の力を受け止め可能なアンギュラコンタクトボールベアリングが収容されてもよい。

【0164】

なお、関節構造体が３つ以上の回転部材を備える場合、軸方向に隣接する回転部材の間で、このようなベアリングを収容可能な形状を有する凹部（例えば、上記実施形態の凹部１１５及び第１凹部１２６）が設けられる。このベアリングを収容する凹部は、隣接する回転部材の対向する面（例えば、上記実施形態の第２面部１１２及び第１面部１２１）の両側に設けられてもよいし、片側に設けられてもよい。隣接する回転部材の対向する面の両側に凹部が設けられる場合、両凹部の高さ（図２の左右方向の長さ）がベアリングの厚みに対応していれば、各凹部の高さは同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0165】

＜３．１１＞
また、上記実施形態では、スケール１６１が第２回転部材１２側に配置され、検出素子１６２が第１回転部材１１側に配置されている。しかしながら、スケール１６１及び検出素子１６２の配置は、このような例に限定されなくてもよく、入れ替わってもよい。すなわち、スケール１６１が第１回転部材１１側に配置され、検出素子１６２が第２回転部材１２側に配置されてもよい。この場合、配線用溝部１１４は第２回転部材１２側に設けられ、検出素子１６２の出力は第２回転部材１２側で取り出される。

【0166】

また、上記実施形態では、光学反射式のエンコーダ１６が利用されている。しかしながら、本実施形態に係る関節構造体１に内蔵可能なエンコーダの種類は、この例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、関節構造体１は、光学透過式のエンコーダを内蔵してもよい。

【0167】

この光学透過式のエンコーダは、例えば、周方向に光の透過率が周期的に変化する透過式スケールと発光部及び受光部を備えた検出素子とで構成することができる。この場合、検出素子の発光部及び受光部を、透過式スケールの一方の面側から発光した光を他方の面側で受光するように配置することで、隣接する回転部材（１１、１２）の相対的な回転角を検出することができる。

【0168】

このほか、関節構造体１は、磁気方式又は電気抵抗方式のエンコーダを備えてもよい。例えば、磁気方式のエンコーダは、周方向に磁力の変化するスケールと磁力を検出するホール素子等の検出素子とで構成することができる。例えば、磁気方式のエンコーダとして、ＡＶＡＧＯ社製のマグネッティックエンコーダ（型番：AEAT-6600-T16等）を利用することができる。また、磁気方式のエンコーダとして、レゾルバ（例えば、多摩川精機株式会社製：Ｓｉｎｇｌｓｙｎ（登録商標）等）を利用することもできる。

【0169】

また、上記実施形態では、スラストベアリング１４とは別体の盤１４２にスケール１６１が取り付けられている。しかしながら、スケール１６１の取り付ける場所はこのような例に限られなくてもよく、スケール１６１は、スラストベアリング１４に取り付けられてもよい。例えば、スラストベアリング１４のハウジング軌道盤（不図示）が盤１４２と同様の形状を有する場合には、スケール１６１は、ハウジング軌道盤の端面に取り付けられてもよい。このとき、ワッシャー１４１を省略し、スラストベアリング１４の軸軌道盤をそのまま凹部１１５の底面に当接させてもよい。これによって、スラストベアリング１４の一部を用いてエンコーダ１６を構成することができるため、部品点数及び組立工程を減らすことができ、また、関節構造体１の内部空間に収容される構成要素をコンパクトにすることができる。

【0170】

また、上記実施形態では、エンコーダ１６を構成するスケール１６１と検出素子１６２とは軸方向に対向するように配置される。しかしながら、エンコーダ１６の配置はこのような例に限定されなくてもよく、例えば、スケール１６１及び検出素子１６２は、軸方向に対向するように、軸体１３の外周壁及びスラストベアリング１４の内周壁に配置されてもよい。

【0171】

また、上記実施形態では、スケール１６１と検出素子１６２とが軸方向に対向するように、円環状の空隙部１１６が確保されている。しかしながら、空隙部１１６の形状は、スケール１６１と検出素子１６２とが軸方向に対向可能であれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、空隙部１１６は、断面扇状であってもよい。

【0172】

また、関節構造体１に収容するエンコーダとして、反射式又は透過式の光学式エンコーダを利用する場合には、関節構造体１の内部空間に光ファイバを配置し、当該光ファイバによって、スケールに対する投光及び受光を行ってもよい。この場合、光ファイバを介して電気信号を関節構造体１の外部に出力することができるため、検出素子及び基板を関節構造体１の外部に配置することができる。この場合には、関節構造体１に内蔵するエンコーダの構成要素から金属材料を除くことが可能になる。更に、その他の構成要素も樹脂製の材料で形成することで、金属材料を用いることなく関節構造体１を作製することができる。

【0173】

また、上記実施形態では、検出素子１６２は配線基板１６３を介して有線で電気信号の送受信を行っている。しかしながら、検出素子１６２が電気信号を送受信する方法は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、無線モジュールを利用することで、検出素子１６２は、電気信号の送受信を無線で行ってもよい。この場合、配線基板１６３を省略することができる。なお、上記実施形態では、配線基板１６３は、配線用溝部１１４を介して内部空間から外部に出てきている。しかしながら、配線基板１６３の経路は、このような例に限定されなくてもよく、配線基板１６３は、軸体１３の中空部１３２を介して外部に出てきてもよい。

【0174】

＜３．１２＞
また、上記実施形態では、連結部２１の端面２１０に４つの突起部２１３を設けることで、連結部２１とリンク部材３１との連結を強固にしている。しかしながら、このような突起部の数及び形状は、上記実施形態の例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。連結部の端面に設けられる突起部は、当該連結部に連結されるリンク部材の端面形状に応じて適宜設計されてよい。

【0175】

また、上記実施形態では、各突起部２１３は、端面２１０に一体的に形成されている。しかしながら、各突起部２１３の構成は、このような例に限られず、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各突起部２１３は、端面２１０に孔を設け、その孔にピンを挿入することで、構成されてもよい。

【0176】

更に、上記実施形態では、各突起部２１３は、連結部２１に設けられている。しかしながら、各突起部２１３を設ける位置は、このような例に限られなくてもよく、各突起部２１３は、リンク部材３１の端面３１０に設けられてもよい。この場合、連結部２１の端面２１０には、各突起部２１３を受け入れる孔を設けることで、連結部２１とリンク部材３１とを上記と同様に連結することができる。

【0177】

＜３．１３＞
また、上記実施形態では、エンコーダ１６の配線基板１６３は、第１回転部材１１側から外部に出力されている。しかしながら、配線基板１６３を外部に出力する方向は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、検出素子１６２が第２回転部材１２側に配置される場合、第２回転部材１２に上記配線用溝部１１４と同様の配線用溝部を設け、配線基板１６３が第２回転部材１２側から外部に出るようにしてもよい。更に、両回転部材（１１、１２）に配線用溝部１１４を設けておき、関節構造体１を利用する場面に応じて、配線基板１６３を外部に出力する方向を選択できるようにしてもよい。

【0178】

＜３．１４＞
また、上記実施形態では、各回転部材（１１、１２）の側壁部（１１３、１２３）に配置される各連結部２１の端面は、突起部２１３を除いて、平らに形成されている。しかしながら、各連結部２１の形状は、このような例に限定されなくてもよい。

【0179】

図１７は、各連結部２１の形状の変形例を示す。図１７に示される回転部材１１Ｇは、連結部２１Ｇを除き、上記第１回転部材１１と同様に形成されている。また、連結部２１Ｇは、端面の形状を除き、上記連結部２１と同様に形成されている。更に、リンク部材３１Ｇは、端面の形状を除き、上記リンク部材３１と同様に形成されている。

【0180】

本変形例では、リンク部材３１の端面の中央には、長手方向に陥没するように凹部が設けられている。これに対応して、回転部材１１Ｇの側壁部に配置される連結部２１Ｇは、接線方向の中央に径方向外側に突出する凸部２１０１を有するように構成される。また、連結部２１Ｇの端面において、凸部２１０１の両側の部分は、凸部２１０１よりやや下がった位置で平らに形成されており、各突起部２１３はこの部分に配置されている。なお、このような連結部２１Ｇは、第１回転部材１１だけではなく、上記第２回転部材１２にも適用可能である。

【0181】

本変形例によれば、各連結部２１Ｇにおいて、凸部２１０１を設けている分だけ、肉厚部の径方向の長さを短くすることができる。そのため、上記実施形態と比べて、本変形例では、くさび部材３２の頭部３２１を挿入する溝部の位置をやや径方向外側にすることができる。したがって、関節構造体の内部空間を大きくすることができ、これによって、径の大きいベアリングを内部に配置し、関節構造体の強度を高めることができる。また、軸体の中空部の径を大きくすることで、関節構造体の軽量化を図ることができる。また、軸体の外径を大きくすることで、軸体の剛性を高めることができる。

【0182】

＜３．１５＞
また、上記実施形態では、関節構造体１の内部に配置するベアリングとして、スラストベアリング１４及びラジアルベアリング１５が用いられている。しかしながら、利用可能なベアリングは、これらに限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

【0183】

図１８は、上記実施形態と異なるベアリングを用いた変形例を示す。図１８に例示される関節構造体１Ｈは、第１回転部材１１Ｈ及び第２回転部材１２Ｈを備えている。第１回転部材１１Ｈは、上記第１回転部材１１とほぼ同様に形成され、第２回転部材１２Ｈは、上記第２回転部材１２とほぼ同様に形成されている。

【0184】

第１回転部材１１Ｈの凹部１１５は円環状に形成され、凹部１１５の内周面１１５１の付け根には、内周面１１５１から径方向内側に延びる円環状の段差部１１５２が設けられている。一方、第１回転部材１１Ｈと隣接する第２回転部材１２の凹部１１５と対向する第１面部１２１には、凹部１１５及び段差部１１５２よりも径の小さい円環状の突出部１２１１が設けられている。そして、突出部１２１１の外周面１２１２の付け根には、突出部１２１１の外周面１２１２から径方向外側に延びる円環状の段差部１２１３が設けられている。

【0185】

このような関節構造体１Ｈの内部構造において、環状のクロスローラベアリング７１が、凹部１１５の内周面１１５１、凹部１１５の段差部１１５２の軸方向の面、突出部１２１１の外周面１２１２、及び突出部１２１１の段差部１２１３の軸方向の面で支持されるように配置される。このクロスローラベアリング７１により、関節構造体１Ｈに作用する軸方向及び径方向の荷重を受けることができる。なお、３つ以上の回転部材を有する場合、このようなベアリングを内蔵する構造は、隣接する２つの回転部材の間の部分それぞれに設けられてよい。

【0186】

本変形例によれば、次のような効果を得ることができる。すなわち、一般的に、クロスローラベアリング７１の内径は、スラストベアリングの内径よりも大きくなっている。そのため、本変形例では、ベアリングの内側の領域を広く使えるようになる。これによって、例えば、軸体１３の外径を大きくすることで、軸体１３の剛性を高めることができる。加えて、径の大きなラジアルベアリング１５を利用することで、ラジアルベアリング１５により受ける荷重を大きくすることができる。また、軸体１３の中空部の径を大きくすることで、関節構造体の軽量化を図ることができる。

【符号の説明】

【0187】

１…関節構造体、
１１…第１回転部材、
１１１…第１面部、１１２…第２面部、１１３…側壁部、
１１４…配線用溝部、１１５…凹部、１１６…空隙部、
１２…第２回転部材、
１２１…第１面部、１２２…第２面部、１２３…側壁部、
１２４…貫通孔、１２５…係止用凸部、１２６…第１凹部、１２７…第２凹部、
１２８…突出部、１２９…ワイヤ駆動用溝部、
１３…軸体、１３１…締結具、１３２…中空部、
１３３…基部、１３４…円筒部、
１４…スラストベアリング、
１４１…ワッシャー、１４２…盤、１４３…孔部、
１５…ラジアルベアリング、
１６…エンコーダ、
１６１…スケール、１６２…検出素子、１６３…配線基板、１６４…突出部、
１６５…コネクタ部、
１７…ケーブル、１７１…コネクタ部、
２１…連結部、
２１０…端面、２１１…溝部、２１２…肉厚部、２１３…突起部、２１４…底部、
３１…リンク部材、
３１０…端面、３１１…孔部、３１２・３１３…貫通孔、
３１４…溝部、３１５…縁部、
３２…くさび部材、
３２１…頭部、３２２…胴部、３２３…貫通孔、３２４…テーパー部、
３３…ねじ、
３３１…頭部、３３２…テーパー部、３３３…雄ネジ部、
４００…ロボット、４０１…ベース、４０２…支柱、
４０３・４０４…アクチュエータ、４０５・４０６…可動部、
４０７ａ〜４０７ｈ…リンク部材、４０８ａ〜４０８ｆ…関節構造体、
４０９…先端部、
４１０…ロボット、４１１…リンク部材、４１２…関節構造体、
４１３・４１４…固定具、４１５・４１６…（ボーデン）ワイヤ、
４１７…結束具、
４２０…デルタロボット、
４２１…基部、４２２…回転モータ、
４２３ａ〜４２３ｅ…リンク部材、４２４…関節構造体、
４２５…先端部、４２６…リンク部、
４２０Ａ…デルタロボット、４２７…リニアモータ、
１Ａ…関節構造体、１３Ａ…軸体、１８…第３回転部材、
１Ｂ…関節構造体、１１Ｂ…第１回転部材、１１１Ｂ…第１面部、
２１Ｂ…連結部、
４００Ｃ…ロボット、
１Ｃ…関節構造体、３１ｃ…リンク部材、
１Ｄ…関節構造体、
１１Ｄ…第１回転部材、１１７…凹部、
１２Ｄ…第２回転部材、
１３Ｄ…軸体、１３３…基部、１３４…円筒部、
１８Ｄ…第３回転部材、
３４…リンク部材、
１Ｅ…関節構造体、
１１Ｅ…第１回転部材、１２Ｅ…第２回転部材、
５１…補強板、５１１〜５１４…補強板用凹部、
１９…回転部材、
２１Ｆ…連結部、３１Ｆ…リンク部材、
６１…軟磁性体プレート、６２…永久磁石、
６３・６４…軟磁性体ピン、６５…非磁性体ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】