特開 2023-113276 リンク機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113276

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】リンク機構

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20230808BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015505

(22)【出願日】2022-02-03

【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）令和３年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「ミリ波帯におけるロボット等のワイヤフリー化に向けた無線制御技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【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

(71)【出願人】

【識別番号】504190548

【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学

(74)【代理人】

【識別番号】100115749

【弁理士】

【氏名又は名称】谷川 英和

(74)【代理人】

【識別番号】100121223

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 悟道

(72)【発明者】

【氏名】清水 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 和司

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 和伸

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 義規

(72)【発明者】

【氏名】大平 昌敬

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS05

3C707BS10

3C707BS11

3C707BS27

3C707CY12

3C707JS07

3C707KS21

3C707KV01

3C707KX10

(57)【要約】

【課題】リンクの筐体の強度を低下させることなく、リンクに設けられたアンテナによって制御用の電波を受信できるようにするリンク機構を提供する。
【解決手段】リンク機構１は、駆動手段によって駆動される関節によって連結された複数のリンク１１～１４と、リンク１１～１３に設けられたリンク側アンテナ２１～２３とを備える。リンク側アンテナ２１～２３の設けられているリンク１１～１３は、リンク側アンテナ２１～２３を用いた無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板の筐体３１～３３を有しており、筐体３１～３３の内部にリンク側アンテナ２１～２３がそれぞれ配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動手段によって駆動される関節によって連結された複数のリンクと、
前記複数のリンクの少なくともいずれかに設けられた１以上のリンク側アンテナと、を備え、
前記複数のリンクのうち、前記リンク側アンテナの設けられているリンクは、前記リンク側アンテナを用いた無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板の筐体を有しており、当該筐体内に前記リンク側アンテナが配置されている、リンク機構。

【請求項2】

前記周波数選択板において、複数の共振素子が４回対称または６回対称となるように周期的に配置されている、請求項１記載のリンク機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信のための１以上のリンク側アンテナを有するリンク機構に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットアーム等のリンク機構において、断線事故を防止する観点などから、配線を無線化することが望まれている。そのため、例えば、リンク機構の基端側が接続されたベースと、リンクとの間で無線通信を行うことによって、リンク機構内での配線を低減することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５１６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、リンクに配置されたアンテナで制御信号を受信し、その受信した制御信号に基づいて関節等の制御を行う場合には、リンクに配置されたアンテナが電波を受信することができるようにするため、リンクの金属の筐体においてアンテナの箇所に孔をあけるか、または、樹脂の筐体にする必要があった。アンテナの箇所に孔をあける場合でも、樹脂の筐体にする場合でも、リンクの強度が低下すると共に、雑音もアンテナに到達するという問題があった。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、リンクの筐体の強度を低下させることなく、リンクに設けられたアンテナによって制御用の電波を選択的に受信することができるリンク機構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】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一態様によるリンク機構は、駆動手段によって駆動される関節によって連結された複数のリンクと、複数のリンクの少なくともいずれかに設けられた１以上のリンク側アンテナと、を備え、複数のリンクのうち、リンク側アンテナの設けられているリンクは、リンク側アンテナを用いた無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板の筐体を有しており、筐体内にリンク側アンテナが配置されている、ものである。

【0007】

このような構成により、リンク側アンテナの設けられているリンクの筐体の強度を向上させることができる。周波数選択板は、通常、金属板を有しているからである。また、所望の周波数帯の電波のみが周波数選択板を透過するようにできるため、所望の周波数帯以外の周波数の雑音を低減することもできるようになる。

【0008】

また、本発明の一態様によるリンク機構では、周波数選択板において、複数の共振素子が４回対称または６回対称となるように周期的に配置されていてもよい。

【0009】

このような構成により、より多様な偏波の信号が周波数選択板を透過できるようになり、関節の角度が変化したとしても、リンク側アンテナにおいて所望の信号を適切に受信できるようになる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によるリンク機構によれば、リンク側アンテナの設けられているリンクの筐体の強度を向上させることができると共に、雑音を低減することもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態によるリンク機構制御装置の構成を示す模式図

【図2】同実施の形態における周波数選択板について説明するための模式図

【図3A】同実施の形態における周波数選択板を示す平面図

【図3B】同実施の形態における周波数選択板における金属板を示す平面図

【図4】同実施の形態における周波数選択板の断面図

【図5A】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5B】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5C】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5D】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5E】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5F】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5G】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5H】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5I】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5J】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図5K】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図6A】同実施の形態における周波数選択板を示す平面図

【図6B】同実施の形態における周波数選択板における金属板を示す平面図

【図7】同実施の形態における周波数選択板の断面図

【図8A】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8B】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8C】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8D】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8E】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8F】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8G】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8H】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8I】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【図8J】同実施の形態における周波数選択板のＳパラメータの周波数特性を示す図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明によるリンク機構制御装置及びリンク機構について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるリンク機構は、基端側アンテナとの間で電波を送受信するためのリンク側アンテナの設けられたリンクが、両アンテナ間の無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板の筐体を有しており、リンク側アンテナが、その筐体内に配置されているものである。

【0013】

図１は、本実施の形態によるリンク機構制御装置１００の構成を示す模式図である。本実施の形態によるリンク機構制御装置１００は、リンク機構１と、基端側アンテナ３と、アクセスポイント４と、制御部５とを備える。リンク機構１は、駆動手段によって駆動される関節４１～４３によって連結された複数のリンク１１～１４と、リンク１１～１３内にそれぞれ配置されたリンク側アンテナ２１～２３とを備える。複数のリンク１１～１４のうち、基端側のリンク１１は、ベース２に固定されていてもよく、または、ベース２に対して旋回可能に接続されていてもよい。また、リンク１１とリンク１２、リンク１２とリンク１３、リンク１３とリンク１４はそれぞれ、関節４１～４３によって回動可能に連結されている。

【0014】

なお、本実施の形態では、リンク機構１が、４個のリンク１１～１４を有する場合について主に説明するが、リンク機構１が有するリンクの個数は問わない。例えば、リンク機構１は、２個もしくは３個のリンクを有してもよく、または、５個以上のリンクを有してもよい。複数のリンクは、通常、直列に連結される。また、本実施の形態では、リンク機構１の最先端に存在するハンド部（エンドエフェクタ）も、一つのリンクであるとして説明する。各リンク１２～１４に対する電力の供給は、例えば、配線を用いて行われてもよく、または、関節部分での無線給電によって行われてもよい。後者の場合には、例えば、上記特許文献１に記載されている関節部分における無線給電が行われてもよい。配線を低減する観点からは、各リンク１２～１４に対する電力の供給が、関節部分における無線給電によって行われることが好適である。ある関節における無線給電は、例えば、その関節における第１のリンク側に設けられた非接触電力伝送用の送電コイルと、その関節における第２のリンク側に設けられた非接触電力伝送用の受電コイルとを用いて行われてもよい。なお、第１及び第２のリンクは、その関節において接続されており、第１のリンクが基端側であり、第２のリンクが先端側である。また、受電コイルは、送電コイルから非接触で送電された電力を受電する。なお、リンク１１については、例えば、ベース２に固定されている場合には、配線を用いて電力が供給され、ベース２に対して旋回可能に接続されている場合には、無線給電によって電力が供給されてもよい。

【0015】

本実施の形態では、リンク１１～１３にそれぞれリンク側アンテナ２１～２３が設けられている場合について説明するが、そうでなくてもよい。例えば、リンク１１がベース２に固定されている場合には、リンク１１にはリンク側アンテナ２１が設けられていなくてもよい。また、リンク１４においても制御信号に基づいた制御が行われる場合には、リンク１４にもリンク側アンテナが設けられていてもよい。また、例えば、制御信号の送受信が不要であるリンクや関節を介した配線の設けられているリンクについては、リンク側アンテナが設けられていなくてもよい。また、例えば、基端側の関節の回転に応じて、先端側の関節を回転させる回転伝達機構のみを有するリンクが存在してもよい。この場合には、回転伝達機構のみを有するリンクは、信号を送受信する必要がないため、リンク側アンテナが備えられていなくてもよい。なお、回転伝達機構は、例えば、プーリとベルト、またはギヤなどによって構成されてもよい。このように、リンク機構１は、例えば、１個のリンク側アンテナを有してもよく、または、２個以上のリンク側アンテナを有してもよい。リンク機構１が２個以上のリンク側アンテナを有する場合には、２個以上のリンク側アンテナは、通常、それぞれ異なるリンクに設けられることが好適である。

【0016】

リンク１１～１４は、それぞれ筐体３１～３４を有している。なお、複数のリンク１１～１４のうち、リンク側アンテナ２１～２３の設けられているリンク１１～１３については、リンク側アンテナ２１～２３を用いた無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板（ＦＳＳ：Frequency Selective Surface）の筐体３１～３３を有しているものとする。そして、各リンク１１～１３においては、筐体３１～３３内にリンク側アンテナ２１～２３がそれぞれ配置されているものとする。なお、筐体３１～３３は、例えば、金属や炭素繊維で構成されたフレームに周波数選択板を取り付けることによって構成されてもよく、周波数選択板を筐体の形状に変形させることによって構成されてもよい。リンク１１～１３が、周波数選択板の筐体３１～３３を有しているとは、例えば、筐体３１～３３の全体が周波数選択板によって構成されていることであってもよく、または、筐体３１～３３のうち、基端側アンテナ３とリンク側アンテナ２１～２３との間の無線通信で用いられる電波が通過する箇所が少なくとも周波数選択板によって構成されていることであってもよい。

【0017】

図２で示されるように、周波数選択板８は、ある周波数ｆ１は透過するが、他の周波数ｆ２は透過させない板状の部材である。例えば、基端側アンテナ３とリンク側アンテナ２１～２３との間の無線通信において、６０ＧＨｚ帯の信号が送受信される場合には、周波数選択板８は、６０ＧＨｚ帯の信号を透過させ、その他の周波数の信号を減衰させるバンドパスフィルタとして機能してもよい。本実施の形態による周波数選択板８は、特定の周波数帯の無線信号のみを通過させるものであるため、通常、複数の共振素子が周期的に配置されているホール型の周波数選択板である。複数の共振素子は、例えば、同一形状であってもよく、または、そうでなくてもよい。後者の場合には、例えば、隣接する共振素子において、ホールの大きさが異なっていてもよい。この場合であっても、同一形状の複数の共振素子が周期的に配置されていることが好適である。なお、周波数選択板８の具体例については後述する。

【0018】

なお、内部にリンク側アンテナ２１～２３が配置されていないリンク１４の筐体３４は、例えば、周波数選択板によって構成されてもよく、または任意の他の材料によって構成されてもよい。後者の場合に、強度を向上させる観点からは、筐体３４は、例えば、金属によって構成されてもよい。

【0019】

本実施の形態では、リンク機構１がロボットアームである場合について主に説明するが、リンク機構１は、ロボットアーム以外であってもよい。ロボットアーム以外のリンク機構１としては、例えば、４足歩行ロボットの脚、ヒューマノイドロボットの腕や脚、クレーンなどのリンク機構などを挙げることができる。

【0020】

各リンク１１～１４は、例えば、基端側または先端側の関節を駆動する駆動手段や、駆動手段の回転軸の変位を取得するロータリエンコーダなどのセンサ、制御信号に基づいて駆動手段を駆動制御する制御回路、リンク側アンテナ２１～２３を介して制御部５との通信を行う通信手段などを有していてもよい。駆動手段やセンサ、制御回路、通信手段などは、例えば、リンク側アンテナの設けられたリンクに備えられていてもよい。なお、制御信号等の送受信以外のリンク機構１に関する構成は、従来のロボットアーム等のリンク機構と同様であり、その詳細な説明を省略する。

【0021】

基端側アンテナ３は、リンク機構１の各関節４１～４３が任意の角度である状態において、リンク側アンテナ２１～２３のそれぞれと無線通信できるように、リンク機構１の基端側の位置に設けられている。なお、図１では、基端側アンテナ３がベース２上に設けられている場合について示しているが、そうでなくてもよい。ベース２以外のリンク機構１の基端側の位置に、基端側アンテナ３が設けられていてもよい。ただし、基端側アンテナ３は、リンク機構１の基端の周囲に設けられていることが好適である。基端側アンテナ３の個数は問わない。基端側アンテナ３は、例えば、１個であってもよく、または、２個以上であってもよい。

【0022】

アクセスポイント４は、基端側アンテナ３から複数のリンク側アンテナ２１～２３のそれぞれに制御信号を無線で送信する。また、アクセスポイント４は、複数のリンク側アンテナ２１～２３から基端側アンテナ３に無線で送信された信号を、基端側アンテナ３を介して受信してもよい。アクセスポイント４は、例えば、無線ＬＡＮの基地局に相当するものであると考えてもよい。したがって、アクセスポイント４は、リンク１１～１３に設けられた通信手段との無線通信を行うものであってもよい。

【0023】

基端側アンテナ３とリンク側アンテナ２１～２３との間の無線通信で用いられる電波の波長は特に限定されないが、例えば、１０ｍｍ以下であってもよい。すなわち、制御信号は、例えば、１０ｍｍ以下の波長の電波を用いて基端側アンテナ３からリンク側アンテナ２１～２３に送信されてもよく、リンク１１～１３から送信される信号は、例えば、１０ｍｍ以下の波長の電波を用いてリンク側アンテナ２１～２３から基端側アンテナ３に送信されてもよい。その電波は、例えば、ミリ波であってもよく、サブミリ波であってもよく、テラヘルツ波であってもよく、その他の１０ｍｍ以下の波長の電波であってもよい。本実施の形態では、制御信号等がミリ波によって送信される場合について主に説明する。

【0024】

無線ＬＡＮなどで使用される２．４５ＧＨｚや５ＧＨｚなどのように、波長の長い電波を用いた無線通信では、幅広い周波数帯域を確保することが難しくなる。リンク機構１には、通常、複数の駆動手段や複数のセンサが設けられており、それらがそれぞれ通信を行う必要があるため、広い周波数帯域が求められる。そのためには、より波長の短いミリ波や、サブミリ波、テラヘルツ波によって無線通信を行うことが好適である。

【0025】

一方、ミリ波などの波長の短い電波を用いた無線通信は、送受信アンテナ間での見通しが確保できない場合に、伝達する電波が大きく減衰し、通信が成立しないことがある。そのため、ミリ波などを用いた無線通信が行われる場合には、基端側アンテナ３とリンク側アンテナ２１～２３とが、周波数選択板８を無視した際に、見通し内通信となるように、すなわち両アンテナ間に障害物のない状態で通信できるように配置されることが好適である。

【0026】

制御部５は、アクセスポイント４による制御信号の送信を制御する。制御部５は、アクセスポイント４に、各リンク１１～１３に対応する制御信号をそれぞれ送信させてもよい。制御部５は、制御信号に基づいて、リンク機構１における各関節４１～４３を駆動させることになる。したがって、制御部５は、制御信号によってリンク機構１の動作を制御することになる。なお、制御部５は、例えば、その送信の制御を、リンク機構１から送信される、センサによるセンシング結果（例えば、回転軸の変位）を用いたフィードバック制御によって行ってもよい。この場合には、制御部５は、各リンク１１～１３にから送信されたセンシング結果を、アクセスポイント４を介して受信し、それを用いて、アクセスポイント４を介した制御信号の送信を行ってもよい。なお、制御信号の伝達経路が有線から無線になった以外は、制御部５による制御の内容は従来のリンク機構の制御と同様であり、その詳細な説明を省略する。

【0027】

リンク側アンテナ２１～２３は、それぞれリンク１１～１３に設けられた通信手段と接続されており、リンク側アンテナ２１～２３で受信された信号は、その通信手段に渡されて、各リンク１１～１３における各関節４１～４３の駆動等の制御等に用いられることになる。各リンク１１～１３が有する制御回路は、センサによって取得されたセンシング結果を、通信手段やリンク側アンテナ２１～２３を介して、基端側アンテナ３に無線送信してもよい。また、各リンク１１～１３から送信される信号は、その通信手段及び各リンク側アンテナ２１～２３を介して送信され、基端側アンテナ３で受信される。基端側アンテナ３で受信された信号は、アクセスポイント４を介して制御部５に渡され、その信号に応じた制御等が行われることになる。本実施の形態では、基端側アンテナ３からリンク側アンテナ２１～２３への信号の送信と、逆方向の信号の送信とがそれぞれ行われる場合について主に説明するが、そうでなくてもよい。基端側アンテナ３からリンク側アンテナ２１～２３への信号の送信のみが行われてもよい。この場合には、例えば、基端側アンテナ３から各リンク側アンテナ２１～２３に、各関節４１～４３の回転軸の変位に関する指示が送信され、その指示に応じて、各リンク１１～１３において、駆動手段に関するフィードバック制御が行われてもよい。

【0028】

次に、周波数選択板の具体例について説明する。ここでは、４回対称である周波数選択板と、２回対称である周波数選択板とについて説明する。

【0029】

［４回対称の周波数選択板］
図３Ａは、同一形状のホールをそれぞれ有する複数の共振素子が周期的に配置されている周波数選択板８の一例を示す図である。図４は、図３ＡのIV－IV線断面図である。図４で示されるように、周波数選択板８は、周期的に配置された複数のホール５１ａを有する金属板５１と、金属板５１の両面にそれぞれ配置された一対の誘電体板５２，５３と、一対の誘電体板５２，５３の外面側、すなわち金属板５１と反対側にそれぞれ設けられ、ホール５１ａに対応する位置に孔５４ａ，５５ａを有する一対の金属箔５４，５５とを有していてもよい。周波数選択板８において、各共振素子は、ホール５１ａと、そのホール５１ａの開口部に誘電体板５２，５３を介してそれぞれ配置された、孔５４ａ，５５ａを有する金属箔５４，５５とによって構成されている。

【0030】

図３Ｂは、金属板５１を示す平面図である。図３Ｂ、図４で示されるように、金属板５１の貫通孔である各ホール５１ａは、円柱形状であり、その中心軸が金属板５１の法線方向に延びている。なお、図３Ａ、図３Ｂは、周波数選択板８における一部の共振素子及びホール５１ａを示すものであり、ｘ軸方向及びｙ軸方向に配置されている共振素子及びホール５１ａの個数は問わない。

【0031】

図５Ａ～図５Ｋは、周波数選択板８に関するＳパラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。なお、そのシミュレーションでは、金属板５１が０．５ｍｍ厚のアルミ板であり、誘電体板５２，５３の厚さが０．２５４ｍｍ、比誘電率ε_ｒが２．１９であるとした。また、金属板５１において、直径２．０ｍｍのホール５１ａがｘ軸方向及びｙ軸方向において２．３ｍｍごとに無限に配置されているものとした。また、金属箔５４，５５は銅箔であり、孔５４ａ，５５ａは外直径が１．８ｍｍ、内直径が１．４ｍｍである円環形状であり、円環形状の孔５４ａ，５５ａの中心が、円柱形状のホール５１ａの中心軸上に位置しているものとした。

【0032】

図５Ａは、周波数選択板８の垂直方向からｘ軸方向に偏波した電波を入射した際のＳパラメータの広帯域特性を示すグラフである。なお、周波数選択板８において、５９～６２ＧＨｚの電波が透過するようにしたいため、図５Ａ～図５Ｋの各グラフにおいて、５９，６２ＧＨｚに破線を引いている。図５Ａで示されるように、目的とする周波数帯において、Ｓ₁₁は十分低い値となっており、Ｓ₂₁は０ｄＢ付近になっている。Ｓパラメータのうち、Ｓ₁₁は反射の強度を示し、Ｓ₂₁は透過特性を示すため、図５Ａによって、周波数選択板８が、目的とする周波数帯のバンドパスフィルタとして機能していることが分かる。

【0033】

図５Ｂ、図５Ｃは、周波数選択板８の垂直方向からｘ軸方向及びｙ軸方向に偏波した電波をそれぞれ入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。図３Ａ、図４で示される周波数選択板８は、複数の共振素子が４回対称となるように周期的に配置されている。すなわち、周波数選択板８の平面方向に垂直な方向の軸であって、あるホール５１ａの代表点（例えば、中心や重心など）を通る軸に対して、複数の共振素子（複数のホール５１ａや複数の円環形状の孔５４ａ，５５ａ）が４回対称となるように配置されている。したがって、図５Ｂ、図５Ｃで示されるように、偏波がｘ軸方向であってもｙ軸方向であっても、Ｓパラメータの周波数特性は同様のものになる。

【0034】

図５Ｄ、図５Ｆ、図５Ｈ、図５Ｊは、周波数選択板８に水平偏波（ＴＥ波）の電波が入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。また、図５Ｅ、図５Ｇ、図５Ｉ、図５Ｋは、周波数選択板８に垂直偏波（ＴＭ波）の電波が入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。なお、図５Ｄ、図５Ｅでは、電波の入射角を１０度としており、図５Ｆ、図５Ｇでは、電波の入射角を２０度としており、図５Ｈ、図５Ｉでは、電波の入射角を３０度としており、図５Ｊ、図５Ｋでは、電波の入射角を４０度としている。このシミュレーションでは、電波の入射面がｘ軸方向となるようにした。図５Ａ～図５Ｋのシミュレーション結果から分かるように、周波数選択板８では、電波の入射角、及び偏波の方向に関係なく、目的とする周波数帯において、Ｓ₂₁は０ｄＢに近い値となっており、Ｓ₁₁はＳ₂₁と比較して十分低い値となっている。したがって、周波数選択板８は、電波の入射角や偏波の方向に関係なく、目的とする周波数帯のバンドパスフィルタとして機能していることが確認された。そのため、周波数選択板８を用いてリンク１１～１３の筐体３１～３３を構成することによって、基端側アンテナ３と、リンク側アンテナ２１～２３との間において、目的とする周波数帯（５９～６２ＧＨｚ）の無線通信を実現できると共に、他の周波数帯のノイズの影響を低減できることが確認された。

【0035】

なお、ここでは、周波数選択板８のホール５１ａが円柱形状である場合について説明したが、ホール５１ａは、例えば、軸が金属板５１の法線方向に延びている多角柱形状（例えば、正四角柱形状、正六角柱形状、正八角柱形状など）であってもよく、その他の形状であってもよい。この場合には、金属箔５４，５５の孔５４ａ，５５ａも、ホール５１ａに応じた形状となってもよい。また、この場合であっても、周波数選択板８は、ホール５１ａが円柱形状であるときと同様に、４回対称となっていることが好適である。

【0036】

［２回対称の周波数選択板］
図６Ａは、同一形状のホールをそれぞれ有する複数の共振素子が周期的に配置されている周波数選択板９の別の一例を示す図である。図７は、図６ＡのVII－VII線断面図である。図７で示されるように、周波数選択板９は、周期的に配置された複数のホール６１ａを有する金属板６１と、金属板６１の両面にそれぞれ配置された一対の誘電体板６２，６３と、一対の誘電体板６２，６３の外面側、すなわち金属板６１と反対側にそれぞれ設けられ、ホール６１ａに対応する位置に孔６４ａ，６５ａを有する一対の金属箔６４，６５とを有していてもよい。周波数選択板９において、各共振素子は、ホール６１ａと、そのホール６１ａの開口部に誘電体板６２，６３を介してそれぞれ配置された、孔６４ａ，６５ａを有する金属箔６４，６５とによって構成されている。

【0037】

図６Ｂは、金属板６１を示す平面図である。図６Ｂ、図７で示されるように、金属板６１の貫通孔である各ホール６１ａは、四角柱形状（直方体形状）である。その四角柱形状の４個の側面は、金属板６１の法線方向に延びている。なお、図６Ａ、図６Ｂは、周波数選択板９における一部の共振素子及びホール６１ａを示すものであり、ｘ軸方向及びｙ軸方向に配置されている共振素子及びホール６１ａの個数は問わない。

【0038】

図８Ａ～図８Ｊは、周波数選択板９に関するＳパラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。なお、そのシミュレーションでは、金属板６１が０．５ｍｍ厚のアルミ板であり、誘電体板６２，６３の厚さが０．２５４ｍｍ、比誘電率ε_ｒが２．１９であるとした。また、金属板６１において、ｘ軸方向の長さが１．０ｍｍ、ｙ軸方向の長さが２．４ｍｍであるホール６１ａが、ｘ軸方向については２．１ｍｍごとに無限に配置されており、ｙ軸方向については２．６ｍｍごとに無限に配置されているものとした。また、金属箔６４，６５は銅箔であり、孔６４ａ，６５ａはｘ軸方向の長さが０．２ｍｍであり、ｙ軸方向の長さが２．１ｍｍである矩形状であり、平面視において、矩形状の孔６４ａ，６５ａの中心（重心）が、四角柱形状のホール６１ａの中心（重心）と一致しているものとした。

【0039】

図８Ａ～図８Ｊは、周波数選択板９に電波を入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。図８Ａ～図８Ｊにおいても、５９，６２ＧＨｚに破線を引いている。図８Ａ、図８Ｂは、周波数選択板９の垂直方向からｘ軸方向及びｙ軸方向に偏波した電波をそれぞれ入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。図６Ａ、図７で示される周波数選択板９は、複数の共振素子が２回対称となるように周期的に配置されている。すなわち、周波数選択板９の平面方向に垂直な方向の軸であって、あるホール６１ａの代表点（例えば、中心や重心など）を通る軸に対して、複数の共振素子（複数のホール６１ａ）が２回対称となるように配置されている。したがって、図８Ａ、図８Ｂで示されるように、周波数選択板９は、ｘ軸方向の偏波は透過するが、ｙ軸方向の偏波は透過しないことになる。

【0040】

図８Ｃ、図８Ｅ、図８Ｇ、図８Ｉは、周波数選択板９に水平偏波（ＴＥ波）の電波が入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。また、図８Ｄ、図８Ｆ、図８Ｈ、図８Ｊは、周波数選択板９に垂直偏波（ＴＭ波）の電波が入射した際のＳパラメータの周波数特性を示すグラフである。なお、図８Ｃ、図８Ｄでは、電波の入射角を１０度としており、図８Ｅ、図８Ｆでは、電波の入射角を２０度としており、図８Ｇ、図８Ｈでは、電波の入射角を３０度としており、図８Ｉ、図８Ｊでは、電波の入射角を４０度としている。このシミュレーションでは、電波の入射面がｘ軸方向となるようにした。図８Ａ～図８Ｊのシミュレーション結果から分かるように、周波数選択板９では、電波の入射角に関係なく、目的とする周波数帯において、ｘ軸方向に偏波している電波について、Ｓ₂₁は０ｄＢに近い値となっており、Ｓ₁₁はＳ₂₁と比較して十分低い値となっているのに対して、ｙ軸方向に偏波している電波について、Ｓ₁₁は０ｄＢに近い値となっており、Ｓ₂₁はＳ₁₁と比較して十分低い値となっている。したがって、周波数選択板９は、ｘ軸方向に偏波している電波については、電波の入射角に関係なく、目的とする周波数帯のバンドパスフィルタとして機能しているが、ｙ軸方向に偏波している電波については、目的とする周波数帯を減衰させていることが確認された。そのため、周波数選択板９を用いてリンク１１～１３の筐体３１～３３を構成する際には、基端側アンテナ３と、リンク側アンテナ２１～２３との間において、ｘ軸方向に偏波した電波を用いた無線通信が行われるように構成することが好適である。例えば、リンク機構１の基端側がベース２に対して旋回しない場合には、このような無線通信を実現することが可能である。

【0041】

なお、ここでは、周波数選択板９のホール６１ａが四角柱形状である場合について説明したが、ホール６１ａは、例えば、軸が金属板６１の法線方向に延びている楕円柱形状であってもよく、その他の形状であってもよい。この場合であっても、周波数選択板９は、ホール６１ａが四角柱形状であるときと同様に、２回対称となっていてもよい。

【0042】

また、４回対称及び２回対称の周波数選択板の一例について説明したが、所望の周波数帯を透過させる周波数選択板としては、種々のものを用いることができる。例えば、４回対称や２回対称以外の回転対称性（例えば、６回対称性など）を有する周波数選択板が筐体３１～３３に用いられてもよい。複数の共振素子が６回対称性を有する周波数選択板は、例えば、円柱形状や正六角柱形状のホールが６回対称となるように配置された金属板を有するものであってもよい。また、図４や図７とは異なる層構造の周波数選択板が用いられてもよい。また、例えば、周波数選択板の強度を向上させたい場合には、周波数選択板における金属板を厚くしてもよい。

【0043】

次に、リンク機構制御装置１００の動作について簡単に説明する。制御部５は、リンク機構１の各関節４１～４３を制御する際に、各関節４１～４３の駆動を制御するための制御信号を、アクセスポイント４に渡す。すると、アクセスポイント４は、それらの制御信号を、基端側アンテナ３を介して送信する。送信された制御信号は、筐体３１～３３の周波数選択板を透過してリンク側アンテナ２１～２３によって受信され、各リンク１１～１３の通信手段を介して制御回路に渡される。そして、制御回路は、その制御信号に応じて駆動手段を制御する。また、各リンク１１～１３の制御回路は、ロータリエンコーダなどのセンサによるセンシング結果を取得し、通信手段、リンク側アンテナ２１～２３を介して送信する。それらのセンシング結果は、筐体３１～３３の周波数選択板を透過して基端側アンテナ３で受信され、アクセスポイント４を介して制御部５に渡される。制御部５は、受け取ったセンシング結果を用いて、新たな制御信号を生成して送信する。このようにして、制御部５によってリンク機構１の動作が制御されることになる。

【0044】

以上のように、本実施の形態によるリンク機構１によれば、リンク１１～１３において、リンク側アンテナ２１～２３を筐体３１～３３の内部に配置することによって、リンク側アンテナ２１～２３が筐体３１～３３によって保護されるようにすることができる。筐体３１～３３は、金属板を有する周波数選択板を用いて構成されているため、リンク側のアンテナが樹脂製のレドーム内に存在する場合よりも、リンク側アンテナ２１～２３の安全性を高めることができる。また、その筐体３１～３３を、リンク側アンテナ２１～２３を用いた無線通信で用いられる周波数帯を透過する周波数選択板で構成することによって、筐体３１～３３による電波の遮蔽の影響を低減することができ、基端側アンテナ３とリンク側アンテナ２１～２３との間で適切な無線通信を実現することができるようになる。また、金属板を有する周波数選択板によって筐体３１～３３を構成することにより、筐体３１～３３を樹脂で構成した場合と比較して、リンク１１～１３の強度を向上させることができる。また、ホール型の周波数選択板は、所望の周波数帯のみを透過させるバンドパスフィルタとして機能するため、ＲＦ基板などからのノイズを低減できるという効果も得られる。

【0045】

なお、リンクにおいて、アンテナのみを筐体の外側に配置することも考えられるが、ミリ波などの波長の短い電波を送受信する場合には、通信手段とアンテナとを繋ぐケーブルにおける損失が大きくなり、ケーブルのコストも高くなる。さらに、アンテナと通信手段とが一体になった汎用品が存在するため、そのような汎用品を用いてリンク機構を構成したいという要望もある。このように、アンテナのみを筐体外に配置することは困難であるため、本実施の形態によるリンク機構１のように、リンク側アンテナ２１～２３を周波数選択板の筐体３１～３３内に配置することが好適となる。

【0046】

また、リンク機構１が、複数のリンク１１～１４の少なくともいずれかに設けられた１以上のリンク側アンテナを有することによって、リンク機構１の少なくとも一部の関節において、関節を介した配線を減らすことができ、リンク機構１の全体として、配線の低減を実現することができるというメリットがある。

【0047】

また、例えば、リンク機構１の関節において無線給電も行うことによって、関節部分におけるすべての配線がなくなった場合には、可動範囲が限定されないことになり、関節において一方向に任意の回数だけ回転することも可能になる。また、配線が少なくなることに応じて、リンク機構１を軽量化することができ、少ないトルクで各関節を回転させることができるようになり、省エネルギーにも寄与することになる。

【0048】

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0049】

１ リンク機構
８、９ 周波数選択板
１１、１２、１３、１４ リンク
２１、２２、２３ リンク側アンテナ
３１、３２、３３、３４ 筐体
１００ リンク機構制御装置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図5H】

【図5I】

【図5J】

【図5K】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】

【図8I】

【図8J】