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(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】P2024094898
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】ロボットの関節構造体およびロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 17/00 20060101AFI20240703BHJP
【ＦＩ】
B25J17/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022211805
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(74)【代理人】
【識別番号】100202728
【弁理士】
【氏名又は名称】三森 智裕
(72)【発明者】
【氏名】柚木崎 創
(72)【発明者】
【氏名】田中 佑樹
(72)【発明者】
【氏名】掃部 雅幸
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707CY36
3C707HS27
3C707HT11
3C707HT20
3C707HT21
3C707WA03
3C707WA13
(57)【要約】
【課題】大型化を抑制することが可能なロボットを提供する。
【解決手段】この人型ロボット１００の腰関節１０は、第１フレーム２０と、第２フレーム３０と、支持部４０と、第２フレーム３０の両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２と、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第１直動アクチュエータ６１の他方端と回動可能に接続される第１リンク機構５０ａと、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第２直動アクチュエータ６２の他方端と回動可能に接続される第２リンク機構５０ｂと、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】この人型ロボット１００の腰関節１０は、第１フレーム２０と、第２フレーム３０と、支持部４０と、第２フレーム３０の両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２と、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第１直動アクチュエータ６１の他方端と回動可能に接続される第１リンク機構５０ａと、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第２直動アクチュエータ６２の他方端と回動可能に接続される第２リンク機構５０ｂと、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える、ロボットの関節構造体。
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える、ロボットの関節構造体。
【請求項2】
前記第１リンク機構および前記第２リンク機構は、各々、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続される第１リンク部と、一方端が前記第１リンク部に回動可能に接続され、他方端が前記第１フレームに回動可能に接続される第２リンク部と、を含み、
前記第１直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されており、
前記第２直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されている、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
前記第１直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されており、
前記第２直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されている、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
【請求項3】
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータは、各々、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームから遠い部分に接続され、
前記第２リンク部は、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームに近い部分に接続されている、請求項２に記載のロボットの関節構造体。
前記第２リンク部は、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームに近い部分に接続されている、請求項２に記載のロボットの関節構造体。
【請求項4】
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータが、同じ長さの分伸張することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動する、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
【請求項5】
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張し、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方の伸張量と同じ分収縮することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第２軸線周りに回動する、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
【請求項6】
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張および収縮しない状態で、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が伸張することにより、前記第２フレームが、前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動するとともに前記第２軸線周りに回動する、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
【請求項7】
前記関節構造体は、ロボットの腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のロボットの関節構造体。
【請求項8】
腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを構成する関節構造体を備え、
前記関節構造体は、
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を含む、ロボット。
前記関節構造体は、
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を含む、ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この開示は、ロボットの関節構造体およびロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ロボットの関節構造体が開示されている。特許文献１では、第１部材に対して第２部材を、互いに直交する第１軸線および第２軸線周りに回動させるロボットの関節構造体が開示されている。関節構造体は、第１部材を第１軸線周りに回動可能に支持する支持部材を備える。また、第２部材は、支持部材に対して第２軸線周りに回動する。また、関節構造体は、第１部材と第２部材との間に配置され、第１部材と第２部材とに接続される一対の直動アクチュエータを備える。一対の直動アクチュエータは、各々、第１部材から第２部材まで渡るように配置されている。そして、一対の直動アクチュエータが共に同じ量の分、伸縮することにより、第１部材に対して第２部材が第１軸線周りに回動する。また、一対の直動アクチュエータが共に同じ量で、伸縮方向を異ならせることにより、第１部材に対して第２部材が第２軸線周りに回動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－９１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のロボットの関節構造体では、直動アクチュエータが、第１部材から第２部材まで渡るように配置されている。このため、直動アクチュエータの各々の長さが、比較的大きくなり、直動アクチュエータが大型化する。その結果、関節構造体が大型化するという問題点がある。
【0005】
この開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この開示の１つの目的は、大型化を抑制することが可能なロボットの関節構造体およびロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この開示の第１の局面によるロボットの関節構造体は、第１フレームおよび第２フレームと、第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、第１軸線に直交する第２軸線周りに第１フレームに回動可能に支持される支持部と、第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える。
【0007】
この開示の第１の局面によるロボットの関節構造体は、上記のように、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える。これにより、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータが、各々、第１リンク機構および第２リンク機構を介して第１フレームに接続されているので、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータを、各々、第１フレームから第２フレームまで渡らせることなく、第１リンク機構および第２リンク機構を介して第１フレームに接続することができる。そのため、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータを小型化することができる。その結果、ロボットの関節構造体の大型化を抑制できる。
【0008】
この開示の第２の局面によるロボットは、腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを構成する関節構造体を備え、関節構造体は、第１フレームおよび第２フレームと、第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、第１軸線に直交する第２軸線周りに第１フレームに回動可能に支持される支持部と、第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を含む。
【0009】
この開示の第２の局面によるロボットは、上記のように、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、第１軸線周りに回動可能に配置され、第１フレーム、および、第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える。これにより、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータが、各々、第１リンク機構および第２リンク機構を介して第１フレームに接続されているので、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータを、各々、第１フレームから第２フレームまで渡らせることなく、第１リンク機構および第２リンク機構を介して第１フレームに接続することができる。そのため、第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータを小型化することができる。その結果、ロボットの関節構造体の大型化を抑制することが可能なロボットを提供できる。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、ロボットの関節構造体の大型化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態による人型ロボットの斜視図である。
【図2】一実施形態による腰関節が直立している状態を示す図である。
【図3】一実施形態による腰関節を側方から見た模式図である。
【図4】一実施形態による第１リンク機構を示す図である。
【図5】一実施形態による腰関節が前側に傾いた状態を示す図である。
【図6】一実施形態による腰関節が反時計周りに回動した状態を示す図である。
【図7】一実施形態による腰関節が時計周りに回動した状態を示す図である。
【図8】一実施形態による腰関節が前側に傾き、かつ、時計周りに回動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示を具体化した本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本願明細書において、上下方向をＺ方向とする。上方向をＺ１方向として、下方向をＺ２方向とする。Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とする。Ｘ方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とする。Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。Ｙ方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側とする。なお、Ｙ１側は、人型ロボット１００の前側に対応する。
【0013】
図１を参照して、本実施形態による人型ロボット１００の構成について説明する。また、人型ロボット１００は、ヒューマノイドとも呼ばれる。なお、人型ロボット１００は、ロボットの一例である。
【0014】
図１に示すように、人型ロボット１００は、頭部１、上胴体部２、下胴体部３、腕部４、手部５、脚部６、および、足部７を備えている。また、人型ロボット１００は、首関節８、肩関節９、腰関節１０、股関節１１、膝関節１２、足首関節１３、肘関節１４、手首関節１５および指関節１６を備えている。腰関節１０は、関節構造体の一例である。
【0015】
頭部１と上胴体部２とは、首関節８を介して屈曲可能に接続されている。これにより、頭部１は、上胴体部２に対して、前屈動作、後屈動作、および、左右の旋回動作を行うことが可能である。なお、頭部１が上胴体部２に対して側屈してもよい。
【0016】
上胴体部２と下胴体部３とは、腰関節１０を介して屈曲可能に接続されている。これにより、上胴体部２は、下胴体部３に対して、前屈動作、後屈動作、および、左右の旋回動作を行うことが可能である。下胴体部３は、人間の骨盤に対応する。なお、上胴体部２が下胴体部３に対して側屈してもよい。
【0017】
腕部４は、肘関節１４を有する。肘関節１４が屈曲することにより、腕部４は、屈曲動作を行う。
【0018】
手部５は、腕部４の先端に配置されている。手部５と腕部４とは、手首関節１５により接続されている。手部５は、指関節１６を有する。
【0019】
脚部６は、膝関節１２を有する。そして、膝関節１２が屈曲することにより、脚部６は、屈曲動作を行う。
【0020】
上胴体部２と腕部４とは、肩関節９により接続されている。また、下胴体部３と脚部６とは、股関節１１により接続されている。脚部６と足部７とは、足首関節１３により接続されている。
【0021】
上記の各関節には、各々、各関節を駆動させるためのモータが設けられている。モータによって、各関節を駆動させることにより、人型ロボット１００は、屈曲動作や旋回動作を行う。
【0022】
（腰関節）
腰関節１０の具体的な構成について説明する。図２に示すように、腰関節１０は、第１フレーム２０と、第２フレーム３０と、支持部４０と、第１リンク機構５０ａと、第２リンク機構５０ｂと、第１直動アクチュエータ６１と、第２直動アクチュエータ６２と、を備える。腰関節１０は、第１フレーム２０に対して、第２フレーム３０を、ピッチ軸線Ａ１周りに回動させ、ヨー軸線Ａ２周りに回動させる。なお、以下の説明では、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して傾いていない、Ｘ－Ｚ平面に沿った状態での腰関節１０の構成について説明する。
腰関節１０の具体的な構成について説明する。図２に示すように、腰関節１０は、第１フレーム２０と、第２フレーム３０と、支持部４０と、第１リンク機構５０ａと、第２リンク機構５０ｂと、第１直動アクチュエータ６１と、第２直動アクチュエータ６２と、を備える。腰関節１０は、第１フレーム２０に対して、第２フレーム３０を、ピッチ軸線Ａ１周りに回動させ、ヨー軸線Ａ２周りに回動させる。なお、以下の説明では、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して傾いていない、Ｘ－Ｚ平面に沿った状態での腰関節１０の構成について説明する。
【0023】
第１フレーム２０は、第１部分２１と第２部分２２とを有する。第１部分２１は、略円環形状を有する。第２部分２２は、一対配置されている。一対の第２部分２２は、ピッチ軸線Ａ１と平行に配置されている。また、一対の第２部分２２は、ヨー軸線Ａ２に対して両側に配置されている。一対の第２部分２２は、各々、第１部分２１からＺ１側に突出している。一対の第２部分２２の側面には、各々、Ｘ１方向またはＸ２方向に各々延びる軸部２３が配置されている。また、第２部分２２を設けずに、第１部分２１の外周方向の側面に、Ｘ１方向またはＸ２方向に各々延びる一対の軸部２３を配置してもよい。また、一対の第２部分２２は、ヨー軸線Ａ２に対して両側に配置されていなくてもよい。たとえば、一対の第２部分２２を、ヨー軸線Ａ２よりもＹ２側に配置してもよい。また、一対の第２部分２２を、ヨー軸線Ａ２よりもＹ１側に配置してもよい。
【0024】
第２フレーム３０は、第１部分３１と第２部分３２とを有する。第１部分３１は、略平板形状を有する。第２部分３２は、第１部分３１のＺ２側に配置され、略円柱形状を有する。第２部分３２は、一対配置されている。第１部分３１の側面のＺ１側には、Ｘ１方向およびＸ２方向に各々延びる軸部３３が配置されている。また、支持部４０は、第２部分４２を貫通するように、Ｘ方向に沿って延びる軸部４４を含む。一対の第２部分３２は、軸部４４に軸受を介して接続されている。軸部４４は、一対の第２部分３２の一方の側面からＸ１方向に突出し、一対の第２部分３２の他方の側面からＸ２方向に突出している。なお、軸部４４が、第２部分４２のＸ１側とＸ２側とに分離された状態で配置されていてもよい。なお、上記の説明では、軸部４４が支持部４０に含まれている例を示したが、軸部４４が第２フレーム３０に含まれていてもよい。
【0025】
支持部４０は、Ｘ方向に沿ったピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に第２フレーム３０を支持する。また、支持部４０は、Ｘ方向に直交するＺ方向に沿ったヨー軸線Ａ２周りに、第１フレーム２０に回動可能に支持されている。なお、ピッチ軸線Ａ１およびヨー軸線Ａ２は、それぞれ、第１軸線および第２軸線の一例である。具体的には、支持部４０は、第１部分４１と第２部分４２とを含む。第１部分４１は、略円柱形状を有しており、Ｚ方向に沿って配置されている。第２部分４２は、略円柱形状を有しており、Ｘ方向に沿って配置されている。第２部分４２は、第２フレーム３０の一対の第２部分３２の間に配置されている。第２部分４２には、Ｘ方向に沿う孔部４３が形成されている。軸部４４は、第２部分４２の孔部４３に挿入されている。これにより、第２フレーム３０は、支持部４０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動する。
【0026】
なお、第１フレーム２０、第２フレーム３０および支持部４０の形状は、上記の形状に限られない。
【0027】
ここで、本実施形態では、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂは、各々、第２フレーム３０のＸ方向の両側に配置されている。第１リンク機構５０ａは、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第１直動アクチュエータ６１の他方端と回動可能に接続される。第２リンク機構５０ｂは、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第２直動アクチュエータ６２の他方端と回動可能に接続される。具体的には、第２フレーム３０のＸ１方向側に第１リンク機構５０ａが配置され、第２フレーム３０のＸ２方向側に第２リンク機構５０ｂが配置されている。第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂは、各々、第１フレーム２０の軸部２３に回動可能に接続され、軸部４４に回動可能に接続されている。
【0028】
また、本実施形態では、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２は、第２フレーム３０の両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する。具体的には、第１直動アクチュエータ６１は、第２フレーム３０のＸ１側において、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続され、他方端が第１リンク機構５０ａを介して第１フレーム２０に接続されている。第１直動アクチュエータ６１は、第２フレーム３０のＸ１側において、一方端が第２フレーム３０の軸部３３に回動可能に接続され、他方端が第１リンク機構５０ａに回動可能に接続されている。
【0029】
また、第２直動アクチュエータ６２は、第２フレーム３０のＸ２側において、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続され、他方端が第２リンク機構５０ｂを介して第１フレーム２０に接続されている。第２直動アクチュエータ６２は、第２フレーム３０のＸ２側において、一方端が第２フレーム３０の軸部３３に回動可能に接続され、他方端が第２リンク機構５０ｂに回動可能に接続されている。
【0030】
第１直動アクチュエータ６１は、モータ６３と、ロッド６４とを含む。ロッド６４の基端側には、図示しないボールネジとギアヘッドが配置されている。モータ６３によりギアヘッドが回転されることにより、ロッド６４がＡ１方向またはＡ２方向に移動する。これにより、第１直動アクチュエータ６１が伸縮する。なお、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２は、同一の構成を有する。また、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２の構成は、上記の構成に限られない。
【0031】
本実施形態では、図３に示すように、第１リンク機構５０ａは、第１リンク部５１と第２リンク部５２と、を含む。第１リンク部５１は、一方端が軸部４４に回動可能に接続されている。第２リンク部５２は、一方端が第１リンク部５１に回動可能に接続され、他方端が第１フレーム２０に回動可能に接続されている。第１直動アクチュエータ６１は、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続され、他方端が第１リンク部５１の他方端に回動可能に接続されている。具体的には、第１リンク部５１の一方端は、軸部４４に回動可能に接続されている。第２リンク部５２の一方端は、第１リンク部５１に回動可能に接続され、他方端が第１フレーム２０の軸部２３に回動可能に接続されている。また、第１リンク部５１は、略三角柱形状を有する。なお、第１リンク部５１の形状は、略三角柱形状に限られない。たとえば、第１リンク部５１が、略Ｖ字形状であってもよい。また、第２リンク部５２は、略棒形状を有する。なお、第２リンク部５２の形状は略棒形状に限られない。また、第２リンク機構５０ｂの構成は、第１リンク機構５０ａの構成と同様である。
【0032】
また、本実施形態では、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２は、各々、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０から遠い部分に接続されている。第２リンク部５２は、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０に近い部分に接続されている。具体的には、上記のように、第１リンク部５１は、略三角柱形状を有する。第１リンク部５１は、第１リンク部５１のＹ１側の頂点近傍において、軸部４４に回動可能に接続されている。また、第１リンク部５１は、第１リンク部５１のＺ１側の頂点近傍において、第１直動アクチュエータ６１の他方端に回動可能に接続されている。また、第１リンク部５１は、第１リンク部５１のＺ２側の頂点近傍において、第２リンク部５２の一方端に回動可能に接続されている。なお、第２リンク機構５０ｂも、リンク機構５０と同様の構成を有する。
【0033】
また、支持部４０と第１フレーム２０との間には軸受が配置されている。軸受は、支持部４０を第１フレーム２０に対して回動可能に支持する。
【0034】
（リンク機構の構成）
次に、第１リンク機構５０ａの具体的な構成について説明する。なお、第２リンク機構５０ｂの構成は、第１リンク機構５０ａと同様であるので説明を省略する。
次に、第１リンク機構５０ａの具体的な構成について説明する。なお、第２リンク機構５０ｂの構成は、第１リンク機構５０ａと同様であるので説明を省略する。
【0035】
図４に示すように、第１直動アクチュエータ６１と第１リンク部５１とは、転がり軸受５１ａを介して接続されている。図４に示すように、転がり軸受５１ａは、第１リンク部５１に、一対配置されている。一対の転がり軸受５１ａは軸部５１ｂにより接続されている。第１直動アクチュエータ６１の他方端には孔部６１ａが形成されており軸部５１ｂは、孔部６１ａに挿入されている。なお、転がり軸受５１ａが、第１直動アクチュエータ６１に配置されてもよい。
【0036】
図４に示すように、第１フレーム２０と第１リンク部５１とは、転がり軸受５１ｃを介して接続されている。転がり軸受５１ｃは、第１リンク部５１に、一対配置されている。一対の転がり軸受５１ｃに、第１フレーム２０の軸部４４が挿入されている。図３に示すように第２フレーム３０がＺ方向に沿って直立している状態で、転がり軸受５１ａの高さ位置は、転がり軸受５１ｃの高さ位置よりも上である。なお、転がり軸受５１ａの高さ位置と転がり軸受５１ｃの高さ位置との関係は、上記の関係に限られない。
【0037】
図４に示すように、第１リンク部５１と第２リンク部５２とは、転がり軸受５１ｄを介して接続されている。転がり軸受５１ｄは、第１リンク部５１に、一対配置されている。一対の転がり軸受５１ｄは軸部５１ｅにより接続されている。第２リンク部５２の一方端は、球面継手からなる。第２リンク部５２の一方端には、軸部５１ｅに備えられたボール部材に球面接触する内周面を有するソケットが配置されている。軸部５１ｅは、ボール部材に圧入されている。図３に示すように第２フレーム３０がＺ方向に沿って直立している状態で、軸部５１ｅの高さ位置は、転がり軸受５１ｃの高さ位置よりも下である。なお、軸部５１ｅの高さ位置と転がり軸受５１ｃの高さ位置との関係は、上記の関係に限られない。
【0038】
第２リンク部５２の他方端も、球面継手からなる。第２リンク部５２の一方端には、第１フレーム２０の軸部２３に備えられたボール部材に球面接触する内周面を有するソケットが配置されている。第１フレーム２０の軸部２３は、ボール部材に圧入されている。
【0039】
（腰関節の動作）
次に、腰関節１０の動作について説明する。本実施形態では、図５に示すように、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分伸張することにより、第２フレーム３０が第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動する。具体的には、図２に示す第２フレーム３０がＸ－Ｚ平面に沿って配置されている状態から、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分伸張することにより、第２フレーム３０がピッチ軸線Ａ１周りにＣ１側に回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２が前側に傾斜する。なお、図２に示す第２フレーム３０がＸ－Ｚ平面に沿って配置されている状態から、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分収縮することにより、第２フレーム３０がピッチ軸線Ａ１周りにＣ２側に回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２が後ろ側に傾斜する。
次に、腰関節１０の動作について説明する。本実施形態では、図５に示すように、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分伸張することにより、第２フレーム３０が第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動する。具体的には、図２に示す第２フレーム３０がＸ－Ｚ平面に沿って配置されている状態から、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分伸張することにより、第２フレーム３０がピッチ軸線Ａ１周りにＣ１側に回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２が前側に傾斜する。なお、図２に示す第２フレーム３０がＸ－Ｚ平面に沿って配置されている状態から、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分収縮することにより、第２フレーム３０がピッチ軸線Ａ１周りにＣ２側に回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２が後ろ側に傾斜する。
【0040】
本実施形態では、図６に示すように、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方が伸張し、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの他方が、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方の伸張量と同じ分収縮することにより、第２フレーム３０が第１フレーム２０に対して、ヨー軸線Ａ２周りに回動する。たとえば、図６に示すように、第１直動アクチュエータ６１が伸張し、第２直動アクチュエータ６２が収縮することにより、第２フレーム３０がヨー軸線Ａ２を反時計周りに回動する。また、図７に示すように、第１直動アクチュエータ６１が収縮し、第２直動アクチュエータ６２が伸張することにより、第２フレーム３０がヨー軸線Ａ２を時計周りに回動する。
【0041】
本実施形態では、図８に示すように、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方が伸張および収縮しない状態で、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの他方が伸張することにより、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動するとともにヨー軸線Ａ２周りに回動する。たとえば、第１直動アクチュエータ６１が伸張および収縮しない状態で、第２直動アクチュエータ６２が伸張することにより、第２フレーム３０が、ピッチ軸線Ａ１周りをＣ１側に回動するとともにヨー軸線Ａ２を時計周りに回動する。また、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２の伸縮方向が同じで、かつ、伸縮量を互いに異ならせることにより、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動するとともにヨー軸線Ａ２周りに回動する。また、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２の伸縮方向が反対で、かつ、伸縮量を互いに異ならせることにより、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動するとともにヨー軸線Ａ２周りに回動する。
【0042】
［本実施形態の効果］
腰関節１０は、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第１直動アクチュエータ６１の他方端と回動可能に接続される第１リンク機構５０ａと、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第２直動アクチュエータ６２の他方端と回動可能に接続される第２リンク機構５０ｂと、を備える。これにより、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、各々、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂを介して第１フレーム２０に接続されているので、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２を、各々、第１フレーム２０から第２フレーム３０まで渡らせることなく、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂを介して第１フレーム２０に接続することができる。そのため、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２を小型化することができる。その結果、人型ロボット１００の腰関節１０の大型化を抑制できる。
腰関節１０は、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第１直動アクチュエータ６１の他方端と回動可能に接続される第１リンク機構５０ａと、ピッチ軸線Ａ１周りに回動可能に配置され、第１フレーム２０、および、第２直動アクチュエータ６２の他方端と回動可能に接続される第２リンク機構５０ｂと、を備える。これにより、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、各々、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂを介して第１フレーム２０に接続されているので、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２を、各々、第１フレーム２０から第２フレーム３０まで渡らせることなく、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂを介して第１フレーム２０に接続することができる。そのため、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２を小型化することができる。その結果、人型ロボット１００の腰関節１０の大型化を抑制できる。
【0043】
第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂは、各々、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続される第１リンク部５１と、一方端が第１リンク部５１に回動可能に接続され、他方端が第１フレーム２０に回動可能に接続される第２リンク部５２と、を含む。第１直動アクチュエータ６１は、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続され、他方端が第１リンク部５１の他方端に回動可能に接続されている。第２直動アクチュエータ６２は、一方端が第２フレーム３０に回動可能に接続され、他方端が第１リンク部５１の他方端に回動可能に接続されている。これにより、第１直動アクチュエータ６１が伸縮した場合には、第２フレーム３０に回動可能に接続される第１リンク部５１の一方端が支点となり、第２リンク部５２により第１フレーム２０をヨー軸線Ａ２周りに回動させることができる。第２直動アクチュエータ６２が伸縮した場合も同様である。
【0044】
第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２は、各々、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０から遠い部分に接続され、第２リンク部５２は、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０に近い部分に接続されている。これにより、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２の第１リンク部５１に接続される部分と、第２リンク部５２の第１リンク部５１に接続される部分とが離間するので、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２と、第２リンク部５２との干渉を抑制できる。
【0045】
第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２が、同じ長さの分伸張することにより、第２フレーム３０が第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２を前傾または後傾させることができる。
【0046】
第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方が伸張し、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの他方が、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方の伸張量と同じ分収縮することにより、第２フレーム３０が第１フレーム２０に対して、ヨー軸線Ａ２周りに回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２を、ヨー軸線Ａ２周りに回動させることができる。
【0047】
第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの一方が伸張および収縮しない状態で、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２のうちの他方が伸張することにより、第２フレーム３０が、第１フレーム２０に対して、ピッチ軸線Ａ１周りに回動するとともにヨー軸線Ａ２周りに回動する。これにより、人型ロボット１００の上胴体部２を、前傾または後傾させるとともに、ヨー軸線Ａ２周りに回動させることができる。
【0048】
腰関節１０は、人型ロボット１００の腰関節１０である。これにより、人型ロボット１００が大型化することを抑制できる。
【0049】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【0050】
上記実施形態では、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂが、各々、第１リンク部５１および第２リンク部５２を含む例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、第１リンク機構５０ａおよび第２リンク機構５０ｂが、各々、３つ以上のリンク部を含んでいてもよい。
【0051】
また、上記実施形態では、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２は、各々、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０から遠い部分に接続され、第２リンク部５２は、第１リンク部５１の他方端でかつ第１フレーム２０に近い部分に接続されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、第１リンク部５１の同じ場所に、第１直動アクチュエータ６１および第２直動アクチュエータ６２の各々と、第２リンク部５２とを回動可能に接続してもよい。
【0052】
また、上記実施形態では、支持部４０と第１フレーム２０との間に軸受部７０が配置される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、支持部４０と第１フレーム２０とが摺動するように支持部４０と第１フレーム２０とを接触させてもよい。
【0053】
また、上記実施形態では、人型ロボット１００の腰関節１０に本開示が適用される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、人型ロボット１００の首関節８および手首関節１５に本開示を適用してもよい。なお、首関節８および手首関節１５は、関節構造体の一例である。また、人型ロボット１００の足首関節１３に本開示を適用してもよい。また、人型ロボット１００以外のロボットの関節に本開示を適用してもよい。
【0054】
［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0055】
（項目１）
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える、ロボットの関節構造体。
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を備える、ロボットの関節構造体。
【0056】
（項目２）
前記第１リンク機構および前記第２リンク機構は、各々、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続される第１リンク部と、一方端が前記第１リンク部に回動可能に接続され、他方端が前記第１フレームに回動可能に接続される第２リンク部と、を含み、
前記第１直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されており、
前記第２直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されている、項目１に記載のロボットの関節構造体。
前記第１リンク機構および前記第２リンク機構は、各々、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続される第１リンク部と、一方端が前記第１リンク部に回動可能に接続され、他方端が前記第１フレームに回動可能に接続される第２リンク部と、を含み、
前記第１直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されており、
前記第２直動アクチュエータは、一方端が前記第２フレームに回動可能に接続され、他方端が前記第１リンク部の他方端に回動可能に接続されている、項目１に記載のロボットの関節構造体。
【0057】
（項目３）
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータは、各々、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームから遠い部分に接続され、
前記第２リンク部は、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームに近い部分に接続されている、項目２に記載のロボットの関節構造体。
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータは、各々、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームから遠い部分に接続され、
前記第２リンク部は、前記第１リンク部の他方端でかつ前記第１フレームに近い部分に接続されている、項目２に記載のロボットの関節構造体。
【0058】
（項目４）
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータが、同じ長さの分伸張することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動する、項目１から項目３までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータが、同じ長さの分伸張することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動する、項目１から項目３までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【0059】
（項目５）
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張し、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方の伸張量と同じ分収縮することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第２軸線周りに回動する、項目１から項目４までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張し、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方の伸張量と同じ分収縮することにより、前記第２フレームが前記第１フレームに対して、前記第２軸線周りに回動する、項目１から項目４までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【0060】
（項目６）
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張および収縮しない状態で、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が伸張することにより、前記第２フレームが、前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動するとともに前記第２軸線周りに回動する、項目１から項目５までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの一方が伸張および収縮しない状態で、前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータのうちの他方が伸張することにより、前記第２フレームが、前記第１フレームに対して、前記第１軸線周りに回動するとともに前記第２軸線周りに回動する、項目１から項目５までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【0061】
（項目７）
前記関節構造体は、ロボットの腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを含む、項目１から項目６までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
前記関節構造体は、ロボットの腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを含む、項目１から項目６までのいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【0062】
（項目８）
腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを構成する関節構造体を備え、
前記関節構造体は、
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を含む、ロボット。
腰関節、首関節および手首関節のうちの少なくとも１つを構成する関節構造体を備え、
前記関節構造体は、
第１フレームおよび第２フレームと、
前記第２フレームを第１軸線周りに回動可能に支持するとともに、前記第１軸線に直交する第２軸線周りに前記第１フレームに回動可能に支持される支持部と、
前記第２フレームの両側に各々一方端が接続され、伸縮動作する他方端を有する第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータと、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第１直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第１リンク機構と、
前記第１軸線周りに回動可能に配置され、前記第１フレーム、および、前記第２直動アクチュエータの他方端と回動可能に接続される第２リンク機構と、を含む、ロボット。
【符号の説明】
【0063】
８ 首関節（関節構造体）
１０ 腰関節（関節構造体）
１５ 手首関節（関節構造体）
２０ 第１フレーム
３０ 第２フレーム
４０ 支持部
５０ａ 第１リンク機構
５０ｂ 第２リンク機構
５１ 第１リンク部
５２ 第２リンク部
６１ 第１直動アクチュエータ
６２ 第２直動アクチュエータ
１００ 人型ロボット（ロボット）
Ａ１ ピッチ軸線（第１軸線）
Ａ２ ヨー軸線（第２軸線）
１０ 腰関節（関節構造体）
１５ 手首関節（関節構造体）
２０ 第１フレーム
３０ 第２フレーム
４０ 支持部
５０ａ 第１リンク機構
５０ｂ 第２リンク機構
５１ 第１リンク部
５２ 第２リンク部
６１ 第１直動アクチュエータ
６２ 第２直動アクチュエータ
１００ 人型ロボット（ロボット）
Ａ１ ピッチ軸線（第１軸線）
Ａ２ ヨー軸線（第２軸線）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】