特許 7546148 関節機構、多関節装置

(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】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】関節機構、多関節装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20240829BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20240829BHJP

   F16H 1/14 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 C

B25J17/00 A

F16H1/14

B25J17/00 K

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023510954

(86)(22)【出願日】2022-03-17

(86)【国際出願番号】 JP2022012415

(87)【国際公開番号】W WO2022209984

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-07-14

(31)【優先権主張番号】P 2021057986

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】310021766

【氏名又は名称】株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深町 勝嗣

(72)【発明者】

【氏名】外川 圭司

(72)【発明者】

【氏名】大澤 洋

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９８４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０１３２８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６２－０２８１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２００８７４１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１６６４９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １９／００

Ｂ２５Ｊ １７／００

Ｆ１６Ｈ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１軸方向を中心軸とする第１傘歯車と、
前記第１傘歯車に噛み合うと共に前記第１軸方向に交差する第２軸方向を中心軸とする第２傘歯車と、
前記第１傘歯車に噛み合うと共に前記第２軸方向を中心軸とし、前記第２傘歯車に対向して配置される第３傘歯車と、
前記第１軸方向に沿って延びると共に前記第１傘歯車を支持する第１支持軸と、前記第２軸方向に沿って延びると共に前記第２傘歯車及び前記第３傘歯車を支持する第２支持軸と、を含む支持部材と、
前記第１支持軸に設けられる第１規制部と、
前記第２傘歯車に設けられる第２規制部と、
前記第１傘歯車に設けられ、前記第１規制部に対して前記第１軸方向を中心に相対的に回転可能な第１被規制部と、
前記第２支持軸に設けられ、前記第２規制部に対して前記第２軸方向を中心に相対的に回転可能な第２被規制部と、
を有し、
前記第１規制部は、当該第１規制部に対する前記第１被規制部の相対的な回転における回転軌跡の延長上に設けられ、前記第１被規制部の可動範囲を第１－１可動範囲に規制し、
前記第２規制部は、当該第２規制部に対する前記第２被規制部の相対的な回転における回転軌跡の延長上に設けられ、前記第２被規制部の可動範囲を第２－１可動範囲に規制する、
関節機構であって、
前記第１規制部又は前記第１被規制部の少なくともいずれか一方に取り付けられており、前記第１被規制部の可動範囲を前記第１－１可動範囲よりも狭い第１－２可動範囲とする第１可動範囲規定部材と、
前記第２規制部又は前記第２被規制部の少なくともいずれか一方に取り付けられており、前記第２被規制部の可動範囲を前記第２－１可動範囲よりも狭い第２－２可動範囲とする第２可動範囲規定部材と、
を有する関節機構。

【請求項2】

前記第１被規制部は、前記第１傘歯車のうち前記第１軸方向と同軸に形成される中心穴の内周面に設けられている、
請求項１に記載の関節機構

【請求項3】

前記第１傘歯車の背面側には、前記関節機構とは別部材が連結される被連結部が設けられている、
請求項１又は２に記載の関節機構。

【請求項4】

前記第２被規制部は、前記第２支持軸のうち前記第２傘歯車の背面側から突出する突出部に設けられている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の関節機構。

【請求項5】

前記第１可動範囲規定部材は、少なくとも前記第１被規制部に取り付けられている、
請求項１～４のいずれか１項に記載の関節機構。

【請求項6】

前記第２可動範囲規定部材は、少なくとも前記第２規制部に取り付けられている、
請求項１～５のいずれか１項に記載の関節機構。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の関節機構を少なくとも２以上含む多関節装置であって、
前記少なくとも２以上の前記関節機構は、第１関節機構と第２関節機構を含み、
前記第１可動範囲規定部材及び前記第２可動範囲規定部材は、前記第１関節機構と前記第２関節機構の少なくとも一方に取り付けられている、
多関節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、関節機構、多関節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には関節を含むロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１１７８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、可動範囲が異なる関節機構を作製するには、それぞれの可動範囲に応じた機構をそれぞれ作製する必要が生じることとなる。また、関節機構の継続的な使用により可動範囲を規制する部位が摩耗等により劣化した場合、関節機構全体を交換する必要が生じることとなる。さらに、１の装置の中に複数の関節機構を用いる場合、使用される部位や用途に応じて可動範囲の異なる複数の関節機構をそれぞれ作製する必要が生じることとなる。これらはいずれもコストの増加に繋がるものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示で提案する関節機構は、基部と、該基部に対して相対的に回転する回転部とを備える関節機構であって、前記回転部と共に回転する被規制部と、前記被規制部の回転軌跡の延長上に設けられており、前記基部に対する相対的な前記被規制部の回転を第１可動範囲に規制する機能を備える規制部と、前記基部又は前記回転部のいずれか一方に取り付けられており、 前記被規制部の可動範囲を前記第１可動範囲よりも狭い第２可動範囲とする可動範囲規定部材と、を有する。この関節機構によると、コストを増加させることなく可動範囲を規定することができる。

【0006】

本開示で提案する多関節装置は、上記関節機構を少なくとも２以上含む多関節装置であって、前記少なくとも２以上の前記関節機構は、第１関節機構と第２関節機構を含み、前記可動範囲規定部材は、前記第１関節機構と前記第２関節機構の少なくとも一方に取り付けられている。この多関節装置によると、コストを増加させることなく、可動範囲が互いに異なる関節機構を含む多関節装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る多関節装置を後方斜め上から見た斜視図である。

【図2】本実施形態に係る多関節装置を前方斜め上から見た斜視図である。

【図3】本実施形態に係る多関節装置を左方から見た左側面図である。

【図4】本実施形態に係る多関節装置を後方から見た背面図である。

【図5】本実施形態の第１関節機構を後方斜め上から見た斜視図である。

【図6】本実施形態の第１関節機構を前方斜め上から見た斜視図である。

【図7】本実施形態の第１関節機構を後方から見た背面図である。

【図8】本実施形態の第１関節機構の第２傘歯車、第３傘歯車、及びその周辺を示す斜視図である。

【図9】本実施形態の第１傘歯車及びその周辺を左方から見た左側面図である。

【図10】図９のＸ－Ｘ切断線で切り取った切断面を示す断面図である。

【図11】本実施形態の第１傘歯車を示す斜視図である。

【図12】図１１に示す被規制部に可動範囲規定部材が取り付けられた状態を示す斜視図である。

【図13】軸ａｘ１２を中心に回転する被規制部、その被規制部の回転を規制する規制部、及びそれらの周辺を左方から見た左側面図である。

【図14】図１３に示す規制部に可動範囲規定部材が取り付けられた状態を示す左側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0009】

［全体構成の概要］
まず、図１～図４を参照して、本実施形態に係る多関節装置１の全体構成の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る多関節装置を後方斜め上から見た斜視図である。図２は、本実施形態に係る多関節装置を前方斜め上から見た斜視図である。図３は、本実施形態に係る多関節装置を左方から見た左側面図である。図４は、本実施形態に係る多関節装置を後方から見た背面図である。

【0010】

以下の説明において、各図の矢印Ｘ１が示す方向を右方とし、矢印Ｘ２が示す方向を左方とし、矢印Ｙ１が示す方向を前方とし、矢印Ｙ２が示す方向を後方とし、矢印Ｚ１が示す方向を上方とし、矢印Ｚ２が示す方向を下方とする。図１～図４においては、軸ａｘ１１及び軸ａｘ２２が前後方向に延びており、軸ａｘ１２及び軸ａｘ３２が左右方向に延びており、軸ａｘ２１及び軸ａｘ３１が上下方向に延びている状態を示している。なお、図中に示される各軸は実際に存在するものではなく、後述の各部が回転する際の回転中心に相当するものである。以下の説明において、図１～図４に示す状態にある多関節装置１の姿勢を「基本姿勢」と呼ぶこととする。

【0011】

本実施形態において、多関節装置１は、第１関節機構１０と、第２関節機構２０と、第３関節機構３０とを含んでいる。

【0012】

第１関節機構１０は、一端に被連結部１１を有しており、他端に連結部１２を有している。第１関節機構１０は、被連結部１１を、軸ａｘ１１、及び軸ａｘ１１に直交する方向に延びる軸ａｘ１２を中心として連結部１２に対して相対的に回転させる、いわゆる２軸一体型の関節機構である。

【0013】

同様に、第２関節機構２０は、一端に被連結部２１を有しており、他端に連結部２２を有している。第２関節機構２０は、被結部２１を、軸ａｘ２１、及び軸ａｘ２１に直交する方向に延びる軸ａｘ２２を中心として連結部２２に対して相対的に回転させる、いわゆる２軸一体型の関節機構である。同様に、第３関節機構３０は、一端に被連結部３１を有しており、他端に連結部３２を有している。第３関節機構３０は、被連結部３１を、軸ａｘ３１、及び軸ａｘ３１に直交する方向に延びる軸ａｘ３２を中心として連結部３２に対して相対的に回転させる、いわゆる２軸一体型の関節機構である。

【0014】

なお、本明細書においては、「回転」を、軸を中心として時計回り及び反時計回りのいずれの方向にも円運動可能であって、かつ円運動可能な角度が３６０度未満である動作を意味して用いることとする。

【0015】

図１～図４においては、第１関節機構１０の連結部１２が第２関節機構２０の被連結部２１に連結しており、第２関節機構２０の連結部２２が第３関節機構３０の被連結部３１に連結している構成を示している。このような構成により、被連結部２１が連結部２２に対して相対的に回転することにより、第１関節機構１０が第２関節機構２０に対して相対的に回転することとなる。また、被連結部３１が連結部３２に対して相対的に回転することにより、第１関節機構１０及び第２関節機構２０が第３関節機構に対して相対的に回転することとなる。

【0016】

［関節機構］
次に、図５～図１０を参照して、本実施形態の関節機構の詳細を、第１関節機構１０を例に挙げて説明する。なお、第２関節機構２０及び第３関節機構３０は、第１関節機構１０と同様の構成を有し、同様の動作がなされるものであるため、それらに関する詳細な説明については省略する。なお、図５～図１０においては、多関節装置１が図１等で示す基本姿勢にある状態における第１関節機構１０を示している。

【0017】

図５は、本実施形態の第１関節機構を後方斜め上から見た斜視図である。図６は、本実施形態の第１関節機構を前方斜め上から見た斜視図である。図７は、本実施形態の第１関節機構を後方から見た背面図である。なお、図５～図７においては、後述の各傘歯車を示すため図１～図４で示した歯車カバーＣの図示については省略している。なお、歯車カバーＣは、後述の傘歯車が外部から視認されるのを抑制すると共に、粉塵等から傘歯車を保護するために設けられるものである。

【0018】

図８は、本実施形態の第１関節機構の第２傘歯車、第３傘歯車、及びその周辺を示す斜視図である。図９は、第１傘歯車及びその周辺を左方から見た左側面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ切断線で切り取った切断面を示す断面図である。

【0019】

第１関節機構１０は、主に、基部１１０と、回転部１２０とで構成される機構である。回転部１２０は、基部１１０に対して相対的に回転する。すなわち、第１関節機構１０は、基部１１０が第１関節機構１０以外の別部材に対して固定されている場合においては回転部１２０が回転し、回転部１２０が第１関節機構１０以外の別部材に対して固定されている場合においては基部１１０が回転するように構成されている。以下の説明においては、基部１１０が第１関節機構１０以外の別部材に固定されており、回転部１２０が回転する例について説明する。

【0020】

また、第１関節機構１０は、支持部１３０を有している。なお、詳細については後述するが、回転部１２０が軸ａｘ１１を中心として回転する場合においては、支持部１３０は基部１１０の一部を構成し、回転部１２０が軸ａｘ１２を中心として回転する場合においては、支持部１３０は回転部１２０の一部を構成することとなる。すなわち、回転部１２０が軸ａｘ１１を中心として回転する場合、支持部１３０は回転部１２０に対して相対的に回転することなり、回転部１２０が軸ａｘ１２を中心として回転する場合、支持部１３０は基部１１０に対して相対的に回転することとなる。

【0021】

［関節機構：回転部１２０］
回転部１２０は、図９に示すように、上述の被連結部１１と、第１傘歯車Ｇ１とを有している。被連結部１１と第１傘歯車Ｇ１とは一体に構成されている。すなわち、被連結部１１は、第１傘歯車Ｇ１と共に回転する。なお、図５、図６においては、被連結部１１の図示を省略している。

【0022】

第１傘歯車Ｇ１の回転中心が上述の軸ａｘ１１である。第１傘歯車Ｇ１の中心部には、後述の支持部１３０の第１支持軸１３１が挿通される軸受孔ｈ１が形成されている。軸受孔ｈ１は、第１傘歯車Ｇ１の背面側に貫通するように形成されているとよい（図６参照）。

【0023】

［関節機構：基部１１０］
基部１１０は、第１関節機構１０の外装を構成する外装ハウジングＨと、第２傘歯車Ｇ２と、第３傘歯車Ｇ３とを有している。第２傘歯車Ｇ２及び第３傘歯車Ｇ３の回転中心が上述の軸ａｘ１２である。

【0024】

第２傘歯車Ｇ２は、図５、図１０等に示すように、第１傘歯車Ｇ１に噛み合うと共に軸ａｘ１２を中心に回転するように設けられている。

【0025】

第２傘歯車Ｇ２は、図８、図１０に示すように、平歯車ＳＧ１と一体に構成されている。平歯車ＳＧ１は、駆動源である第１モータＭ１からの駆動力が入力されることとで回転する。第２傘歯車Ｇ２は、平歯車ＳＧ１と共に回転する。第１モータＭ１からの駆動力は減速ギア等を介して平歯車ＳＧ１に入力されるとよい。第１モータＭ１は、外装ハウジングＨ内に収容されているとよい。なお、第１モータＭ１の構造や配置の詳細についての説明は省略する。後述の第２モータＭ２についても同様とする。

【0026】

第２傘歯車Ｇ２の中心部には、後述の支持部１３０の第２支持軸１３２が挿通される軸受孔ｈ２が形成されている。軸受孔ｈ２は、平歯車ＳＧ１の背面側に貫通するように形成されている（図８参照）。

【0027】

第３傘歯車Ｇ３は、図７、図１０等に示すように、第１傘歯車Ｇ１に噛み合うと共に軸ａｘ１２方向において第２傘歯車Ｇ２に対向して配置されており、軸ａｘ１２を中心に回転するように設けられている。

【0028】

第３傘歯車Ｇ３は、図８、図１０に示すように、平歯車ＳＧ２と一体に構成されている。平歯車ＳＧ２は、第１モータＭ１とは別体の駆動源である第２モータＭ２からの駆動力が入力されることで回転する。第３傘歯車Ｇ３は、平歯車ＳＧ２と共に回転する。なお、第２モータＭ２からの駆動力は減速ギア等を介して平歯車ＳＧ２に入力されるとよい。

【0029】

第３傘歯車Ｇ３の中心部には、後述の支持部１３０の第２支持軸１３２が挿通される軸受孔ｈ３が形成されている（図８参照）。

【0030】

なお、図１０等においては、第２傘歯車Ｇ２が、径方向で分割された２つの部材から成る例について示すが、これは一例であり、１つの部材から成るものであっても構わない。第３傘歯車Ｇ３も同様である。

【0031】

［関節機構：支持部１３０］
支持部１３０は、軸ａｘ１１に沿って延びる第１支持軸１３１と、軸ａｘ１２に沿って延びる第２支持軸１３２と、を有する。第１支持軸１３１及び第２支持軸１３２は共に、円柱形状又は円筒形状を含む軸である。

【0032】

支持部１３０は、第１傘歯車Ｇ１、第２傘歯車Ｇ２、及び第３傘歯車Ｇ３を支持している。具体的には、支持部１３０の第１支持軸１３１は、第１傘歯車Ｇ１に形成される軸受孔ｈ１に挿通されると共に第１傘歯車Ｇ１を支持している。また、支持部１３０の第２支持軸１３２は、第２傘歯車Ｇ２に形成される軸受孔ｈ２及び第３傘歯車Ｇ３に形成される軸受孔ｈ３に挿通されると共に第２傘歯車Ｇ２及び第３傘歯車Ｇ３を支持している。なお、図示は省略するが、第１支持軸１３１の外周面と、第１傘歯車Ｇ１の軸受孔ｈ１の内周面との間にはベアリング等が設けられているとよい。同様に、第２支持軸１３２の外周面と、第２傘歯車Ｇ２の軸受孔ｈ２の内周面及び第３傘歯車Ｇ３の軸受孔ｈ３の内周面との間にはベアリング等が設けられているとよい。

【0033】

支持部１３０は、第１傘歯車Ｇ１、第２傘歯車Ｇ２、及び第３傘歯車Ｇ３とは別体である。すなわち、第１傘歯車Ｇ１は、軸ａｘ１１を中心として第１傘歯車Ｇ１の軸受孔ｈ１の内周面が第１支持軸１３１の外周面に対して相対的に回転可能に第１支持軸１３１に支持されている。また、第２傘歯車Ｇ２は、軸ａｘ１２を中心として第２傘歯車Ｇ２の軸受孔ｈ２の内周面が第２支持軸１３２の外周面に対して相対的に回転可能に第２支持軸１３２に支持されている。同様に、第３傘歯車Ｇ３は、軸ａｘ１２を中心として第３傘歯車Ｇ３の軸受孔ｈ３の内周面が第２支持軸１３２の外周面に対して相対的に回転可能に第２支持軸１３２に支持されている。

【0034】

第２支持軸１３２は、図５等に示すように、外装ハウジングＨの右上部ＨＲと、外装ハウジングＨの左上部ＨＬとを架け渡すように、右上部ＨＲ及び左上部ＨＬに設けられる軸受（不図示）に支持されている。なお、右上部ＨＲは、図５、図６に示すように、平歯車ＳＧ２を覆うカバー部Ｃ２を有している。カバー部Ｃ２は、外装ハウジングＨの一部であり、平歯車ＳＧ２の外形に沿った有底の筒状である。また、左上部ＨＬも同様に、平歯車ＳＧ１を覆うカバー部Ｃ１を有している。カバー部Ｃ１は、外装ハウジングＨの一部であり、平歯車ＳＧ１の外形に沿った有底の筒状である。

【0035】

第２支持軸１３２は、図８等に示すように、軸受孔ｈ２を貫通して平歯車ＳＧ１の背面側から突出している。また、第２支持軸１３２のうち平歯車ＳＧ１の背面側から突出する突出部には、軸ａｘ１２に直交する方向に延びる被規制部Ｂ２が取り付けられている。被規制部Ｂ２は、軸ａｘ１２を中心とする第２支持軸１３２の回転と共に回転するように第２支持軸１３２に取り付けられている。なお、被規制部Ｂ２の詳細については後述する。

【0036】

また、支持部１３０は、図５、図８等に示すように、第１支持軸１３１と第２支持軸１３２とが交差する部分であって第２傘歯車Ｇ２と第３傘歯車Ｇ３との間に介在する介在部１３５を有している。第２傘歯車Ｇ２と第３傘歯車Ｇ３とは、介在部１３５により軸ａｘ１２が延びる方向における位置決めがなされている。介在部１３５は、第１支持軸１３１及び第２支持軸１３２と一体に構成されている。

【0037】

また、図８に示すように、介在部１３５には、第１支持軸１３１よりも径の大きい拡径部１３５ａが第１支持軸１３１と一体に形成されている。また、拡径部１３５ａの外周面には、軸ａｘ１１に直交する方向に延びる規制部Ａ１が形成されている。なお、規制部Ａ１の詳細については後述する。

【0038】

なお、図５～図１０においては省略するが、軸ａｘ１１が延びる方向における拡径部１３５ａが形成される側の反対側に、図１等で示す歯車カバーＣが介在部１３５に対して固定して設けられているとよい。

【0039】

［関節機構：軸ａｘ１１を中心とする回転］
上述のように、第２傘歯車Ｇ２は第１モータＭ１から出力される駆動力が伝達されることにより回転し、第３傘歯車Ｇ３は第２モータＭ２から出力される駆動力が伝達されることにより回転する。

【0040】

第２傘歯車Ｇ２がＸ２方向から見て時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第２傘歯車Ｇ２が噛み合う部分において上方に力Ｆ１１が働く（図１０参照）。また、第３傘歯車Ｇ３がＸ２方向から見て反時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第３傘歯車Ｇ３が噛み合う部分において下方に力Ｆ２２が働く（図１０参照）。これら力Ｆ１１及び力Ｆ２２により、第１傘歯車Ｇ１は、軸ａｘ１１を中心として、図１０に示すＲ１方向（時計回り方向）に回転することとなる。第１傘車Ｇ１のＲ１方向の回転に伴い、回転部１２０はＹ２方向から見て時計回りに回転することとなる。

【0041】

一方、第２傘歯車Ｇ２がＸ２方向から見て反時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第２傘歯車Ｇ２が噛み合う部分において下方に力Ｆ１２が働く（図１０参照）。また、第３傘歯車Ｇ３がＸ２方向から見て時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第３傘歯車Ｇ３が噛み合う部分において上方に力Ｆ２１が働く（図１０参照）。これら力Ｆ１２及び力Ｆ２１により、第１傘歯車Ｇ１は、軸ａｘ１１を中心として、図１０に示すＲ２方向（反時計回り方向）に回転することとなる。第１傘車Ｇ１のＲ２方向の回転に伴い、回転部１２０はＹ２方向から見て反時計回りに回転することとなる。

【0042】

以上のように、第２傘歯車Ｇ２と第３傘歯車Ｇ３とが同じ方向から見た場合に互いに反対方向に回転することにより、第１傘歯車Ｇ１が軸ａ１１を中心に回転する。その結果、回転部１２０が、基部１１０に対して相対的に軸ａｘ１１を中心に回転することとなる。

【0043】

［関節機構：軸ａｘ１２を中心とする回転］
第２傘歯車Ｇ２がＸ２方向から見て時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第２傘歯車Ｇ２が噛み合う部分において上方に力Ｆ１１が働く（図１０参照）。また、第３傘歯車Ｇ３がＸ２方向から見て時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第３傘歯車Ｇ３が噛み合う部分において上方に力Ｆ２１が働く（図１０参照）。これら上方に働く力Ｆ１１及びＦ２１により、第１傘歯車Ｇ１は、軸ａｘ１２を中心に第２傘歯車Ｇ２及び第３傘歯車Ｇ３の形状に沿うように回転する。それにより、回転部１２０は、軸ａｘ１２を中心に図９に示すＲ３方向に回転することとなる。

【0044】

一方、第２傘歯車Ｇ２がＸ２方向から見て反時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第２傘歯車Ｇ２が噛み合う部分において下方に力Ｆ１２が働く（図１０参照）。また、第３傘歯車Ｇ３がＸ２方向から見て反時計周りに回転する場合、第１傘歯車Ｇ１のうち第３傘歯車Ｇ３が噛み合う部分において下方に力Ｆ２２が働く（図１０参照）。これら下方に働く力Ｆ１２及びＦ２２により、第１傘歯車Ｇ１は、軸ａｘ１２を中心に第２傘歯車Ｇ２及び第３傘歯車Ｇ３の形状に沿うように回転する。それにより、回転部１２０は、軸ａｘ１２を中心に図９に示すＲ４方向に回転することとなる。

【0045】

また、第１傘歯車Ｇ１を含む回転部１２０が軸ａｘ１２を中心に図９に示すＲ３又はＲ４方向に回転するのに伴い、支持部１３０の第１支持軸１３１の外周面が、第１傘歯車Ｇ１の軸受孔ｈ１の内周面に押され、支持部１３０が軸ａｘ１２を中心に回転することとなる。

【0046】

［関節機構の可動範囲］
本実施形態においては、第１関節機構１０における軸ａｘ１１及び軸ａｘ１２を中心とする回転の可動範囲を物理的に規制する構成を採用している。具体的には、軸ａｘ１１を中心とする回転の可動範囲は規制部Ａ１により規制され、軸ａｘ１２を中心とする回転の可動範囲は規制部Ａ２により規制される構成を採用している。以下、さらに具体的に説明する。

【0047】

［関節機構の可動範囲：軸ａｘ１１を中心とする回転］
図１１は、本実施形態の第１傘歯車を示す斜視図である。

【0048】

第１傘歯車Ｇ１には、第１支持軸１３１が挿通される軸受孔ｈ１と同軸上に軸受孔ｈ１よりも径の大きい中心穴ｈ１１が形成されている。中心穴ｈ１１の内周面には被規制部Ｂ１が設けられている。被規制部Ｂ１は、軸ａｘ１１を中心とする第１傘歯車Ｇ１の回転と共に、軸ａｘ１１を中心として回転する。

【0049】

一方、図８等に示すように、支持部１３０の第１支持軸１３１には規制部Ａ１が設けられている。規制部Ａ１は、被規制部Ｂ１の回転軌跡の延長上に設けられており、被規制部Ｂ１の回転を図１０に示す第１可動範囲Ｒａ１に規制する機能を備えている。

【0050】

例えば、第１傘歯車Ｇ１が軸ａｘ１１を中心に図１０に示すＲ１方向に回転する場合、第１傘歯車Ｇ１の回転と共に被規制部Ｂ１がＲ１方向に回転する。そして、被規制部Ｂ１は軸ａｘ１１を中心に所定角度回転した際に、規制部Ａ１に接触する。このように、被規制部Ｂ１が規制部Ａ１に引っ掛かることにより、Ｒ１方向における被規制部Ｂ１の回転は規制されることとなる。

【0051】

また、第１傘歯車Ｇ１が軸ａｘ１１を中心に図１０に示すＲ２方向に回転する場合、第１傘歯車Ｇ１の回転と共に被規制部Ｂ１がＲ２方向に回転する。そして、被規制部Ｂ１は軸ａｘ１１を中心に所定角度回転した際に、規制部Ａ１に接触する。このように、被規制部Ｂ１が規制部Ａ１に引っ掛かることにより、Ｒ２方向における被規制部Ｂ１の回転は規制されることとなる。

【0052】

以上説明したように、被規制部Ｂ１の軸ａｘ１１を中心とした回転が規制されることにより、軸ａｘ１１を中心とした基部１１０に対する回転部１２０の相対的な回転が規制されることとなる。

【0053】

本実施形態の第１関節機構１０においては、第１傘歯車Ｇ１の被規制部Ｂ１に可動範囲規定部材ＲＡ１が取り付けられている。図１２は、図１１に示す被規制部に可動範囲規定部材が取り付けられた状態を示す斜視図である。

【0054】

可動範囲規定部材ＲＡ１は、被規制部Ｂ１の可動範囲を図１０に示す第１可動範囲Ｒａ１よりも狭くする部材である。可動範囲規定部材ＲＡ１は、被規制部Ｂ１とは別体であり、被規制部Ｂ１に対して取り付け及び取り外しが可能であるとよい。

【0055】

図１２においては、可動範囲規定部材ＲＡ１が、被規制部Ｂ１のほぼ全体を覆う形状であって、軸ａｘ１１の周方向における長さが被規制部Ｂ１の長さよりも長い例を示している。しかしながら、これに限られず、可動範囲規定部材ＲＡ１は、少なくとも図１０に示す第１可動範囲Ｒａ１よりも、被規制部Ｂ１の可動範囲が狭くなるように設けられているとよい。例えば、可動範囲規定部材ＲＡ１は、軸ａｘ１１の周方向における被規制部Ｂ１の一端側のみを覆うように取り付けられていてもよい。または、可動範囲規定部材ＲＡ１は、被規制部Ｂ１を覆う形状であるものに限られず、軸ａｘ１１の周方向において被規制部Ｂ１と離間して配置されていてもよい。この場合、可動範囲規定部材ＲＡ１は、第１傘歯車Ｇ１の中心穴ｈ１１の内周面に固定して取り付けられているとよい。

【0056】

本実施形態においては、可動範囲規定部材ＲＡ１を用いることにより、第１関節機構１０の用途等に応じて、軸ａｘ１１を中心とした回転部１２０の回転の可動範囲を調整することができる。そのため、本実施形態の第１関節機構１０を用いることにより、用途毎に可動範囲の異なる関節機構をそれぞれ作製する必要がなく、コストが増加することを抑制できる。

【0057】

また、被規制部Ｂ１は、軸ａｘ１１を中心とする回転に伴って規制部Ａ１と接触するものであることから、継続的な使用に伴って摩耗等により劣化することがある。本実施形態においては、被規制部Ｂ１を覆うように可動範囲規定部材ＲＡ１が取り付けられていることより、被規制部Ｂ１が摩耗等により劣化することが抑制される。すなわち、可動範囲規定部材ＲＡ１は、被規制部Ｂ１を保護する機能も有している。可動範囲規定部材ＲＡ１が摩耗等により劣化した場合、可動範囲規定部材ＲＡ１を被規制部Ｂ１から取り外し、新しいものを取り付けるとよい。このように、可動範囲規定部材ＲＡ１が交換可能であることより、摩耗等による劣化が生じた場合であっても、第１関節機構１０自体を交換する必要がなく、コストが増加することを抑制できる。なお、可動範囲規定部材ＲＡ１は、少なくとも被規制部Ｂ１と別体であればよく、被規制部Ｂ１と同じ材料からなるものでもよいし異なる材料からなるものでもよい。

【0058】

［関節機構の可動範囲：軸ａｘ１２を中心とする回転］
図１３は、軸ａｘ１２を中心に回転する被規制部、その被規制部の回転を規制する規制部、及びそれらの周辺を左方から見た左側面図である。

【0059】

第１関節機構１０の外装ハウジングＨの左上部ＨＬ（カバー部Ｃ２）には、規制部Ａ２が設けられている。規制部Ａ２は、被支持部Ｂ２の回転軌跡の延長上に設けられており、被規制部Ｂ２の回転を所定の可動範囲に規制する機能を備えている。規制部Ａ２は、図５等に示すように、左上部ＨＬ（カバー部Ｃ２）の形状に沿った円弧状であるとよい。規制部Ａ２は、軸ａｘ１２の周方向の長さに応じて被規制部Ｂ２の可動範囲を規定するものである。すなわち、規制部Ａ２の軸ａｘ１２の周方向における長さが長いほど、被規制部Ｂ２の可動範囲は狭くなり、規制部Ａ３の軸ａｘ１２の周方向における長さが短いほど、被規制部Ｂ２の可動範囲が広くなる。

【0060】

例えば、第１傘歯車Ｇ１が軸ａｘ１２を中心に図９に示すＲ３方向に回転する場合、第１傘歯車Ｇ１の回転に伴い被規制部Ｂ２がＲ３方向に回転する。そして、被規制部Ｂ２は軸ａｘ１２を中心に所定角度回転した際に、規制部Ａ２に接触する。このように、被規制部Ｂ２が規制部Ａ２に引っ掛かることにより、Ｒ３方向における被規制部Ｂ２の回転は規制されることとなる。

【0061】

また、第１傘歯車Ｇ１が軸ａｘ１２を中心に図９に示すＲ４方向に回転する場合、第１傘歯車Ｇ１の回転に伴い被規制部Ｂ２がＲ４方向に回転する。そして、被規制部Ｂ２は軸ａｘ１２を中心に所定角度回転した際に、規制部Ａ２に接触する。このように、被規制部Ｂ２が規制部Ａ２に引っ掛かることにより、Ｒ４方向における被規制部Ｂ２の回転は規制されることとなる。

【0062】

以上説明したように、被規制部Ｂ２の軸ａｘ１２を中心とした回転が規制されることにより、軸ａｘ１２を中心とした基部１１０に対する回転部１２０の相対的な回転が規制されることとなる。

【0063】

本実施形態の第１関節機構１０においては、規制部Ａ２に可動範囲規定部材ＲＡ２が取り付けられている。図１４は、図１３に示す規制部に可動範囲規定部材が取り付けられた状態を示す左側面図である。

【0064】

可動範囲規定部材ＲＡ２は、被規制部Ｂ２の可動範囲を図１３に示す第１可動範囲Ｒａ３よりも狭い第２可動範囲Ｒａ４にする部材である。可動範囲規定部材ＲＡ２は、規制部Ａ２とは別体であり、規制部Ａ２に対して取り付け及び取り外しが可能であるとよい。

【0065】

図１４においては、可動範囲規定部材ＲＡ２が、軸ａｘ１２の周方向における規制部Ａ２の一端側に取り付けられている例を示している。しかしながら、これに限られず、可動範囲規定部材ＲＡ２は、少なくとも図１３に示す第１可動範囲Ｒａ３よりも、被規制部Ｂ２の可動範囲が狭くなるように設けられているとよい。例えば、可動範囲規定部材ＲＡ２は、軸ａｘ１２の周方向における規制部Ａ２の両端にそれぞれ取り付けられていてもよい。また、可動範囲規定部材ＲＡ２は、軸ａｘ１２の周方向において規制部Ａ２と離間して配置されていてもよい。この場合、可動範囲規定部材ＲＡ２は、例えば、軸ａｘ１２を中心とする被規制部Ｂ２の回転軌跡の延長上において、基部１１０の外装ハウジングＨに固定して取り付けられているとよい。

【0066】

本実施形態においては、可動範囲規定部材ＲＡ２を用いることにより、第１関節機構１０の用途等に応じて、軸ａｘ１２を中心とした回転部１２０の回転の可動範囲を調整することができる。そのため、本実施形態の第１関節機構１０を用いることにより、用途毎に可動範囲の異なる関節機構をそれぞれ作製する必要がなく、コストが増加することを抑制できる。

【0067】

また、規制部Ａ２は、軸ａｘ１２を中心とした被規制部Ｂ２の回転に伴って被規制部Ｂ２が接触するものであることから、継続的な使用に伴って摩耗等により劣化することがある。本実施形態においては、規制部Ａ２のうち被規制部Ｂ２が接触する部分を覆うように可動範囲規定部材ＲＡ２が取り付けられていることより、規制部Ａ２が摩耗等により劣化することが抑制される。すなわち、可動範囲規定部材ＲＡ２は、規制部Ａ２を保護する機能も有している。可動範囲規定部材ＲＡ２が摩耗等により劣化した場合、可動範囲規定部材ＲＡ２を規制部Ａ２から取り外し、新しいものを取り付けるとよい。このように、可動範囲規定部材ＲＡ２が交換可能であることより、摩耗等による劣化が生じた場合であっても、第１関節機構１０自体を交換する必要がなく、コストが増加することを抑制できる。

【0068】

［その他］
図５～図１４を参照して、第１関節機構１０について説明したが、第２関節機構２０及び第３関節機構３０も同様の構成を有しているとよい。すなわち、第１関節機構１０、第２関節機構２０、及び第３関節機構３０は共通の機構であるとよい。そして、可動範囲規定部材ＲＡ１、ＲＡ２の有無については、用途や部位に応じて決められるとよい。図１～図４に示す多関節装置１においては、第１関節機構１０及び第３関節機構３０の規制部Ａ２に可動範囲規定部材ＲＡ２が取り付けられており、第２関節機構２０の規制部Ａ２には取り付けられていない例を示している。このような構成においては、軸ａｘ１２を中心とする第１関節機構１０の回転の可動範囲は、軸ａｘ３２を中心とする第３関節機構３０の回転の可動範囲が同じとなる。一方で、軸ａｘ２２を中心とする回転の第２関節機構２０の可動範囲は、軸ａｘ１２を中心とする第１関節機構１０の回転の可動範囲よりも広くなっている。なお、図示は省略するが、第１傘歯車Ｇ１の被規制部Ｂ１に取り付けられる可動範囲規定部材ＲＡ１の有無についても同様に、用途や部位に応じて決められているとよい。

【0069】

なお、多関節装置１は、例えば、二足歩行や四足歩行が可能な人型又は動物型のロボットに用いられるとよい。例えば、複数の関節機構を含む多関節装置１を人型ロボットの腕に採用する場合、１の関節機構を肩の関節として用い、他の関節機構を肘の関節として用いるとよい。

【0070】

また、本実施形態においては、３つの関節機構を含む多関節装置１を例に挙げて説明したが、これに限られず、関節機構の数は１つ又は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

【0071】

また、図１等に示す多関節装置１のうち、第１関節機構１０の被連結部１１や第３関節機構３０の連結部３２には、他の関節機構がさらに連結されてもよいし、各種エンドエフェクタ等が連結されてもよい。

【0072】

また、上記実施形態においては、第２傘歯車Ｇ２と第３傘歯車Ｇ３とが同じ方向から見た場合に互いに同じ方向又は反対方向に回転する場合について説明したが、これに限られず、第２傘歯車Ｇ２と第３傘歯車Ｇ３のうちいずれか一方が回転しており、他方が停止する駆動を行ってもよい。この場合、詳細な説明については省略するが、回転部１２０は、軸ａｘ１１及び軸ａｘ１２に対してねじれるように基部１１０に対して相対的に動作することなる。

【0073】

また、規制部Ａ２は、被規制部Ｂ２と面で接触する形状であるとよい。これにより、可動範囲規定部材ＲＡ２が取り付けられていない状態において、規制部Ａ２は被規制部Ｂ２の接触による衝撃を面で受けることとなり、規制部Ａ２に局所的に力が働くことが抑制される。その結果、規制部Ａ２の耐性が向上し、寿命が長くなる。また、可動範囲規定部材ＲＡ２も被規制部Ｂ２と面で接触する形状であるとよい。これにより、可動範囲規定部材ＲＡ２は被規制部Ｂ２の接触による衝撃を面で受けることとなり、可動範囲規定部材ＲＡ２に局所的に力が働くことが抑制される。その結果、可動範囲規定部材ＲＡ２の耐性が向上し、寿命が長くなる。

【0074】

また、本実施形態において、可動範囲規定部材ＲＡ２は、第２傘歯車Ｇ２及び平歯車ＳＧ１の背面側に設けられる規制部Ａ２に取り付けられていることより、外部からのアクセスが容易である。すなわち、規制部Ａ２に対する可動範囲規定部材ＲＡ２の取り付け及び取り外しが容易である。

【0075】

本実施形態においては、第１傘歯車Ｇ１の中心穴ｈ１１の内周面に被規制部Ｂ１が設けられる例について説明したが、これに限らず、被規制部Ｂ１は第１傘歯車Ｇ１の背面側に設けられていてもよい。この場合、規制部Ａ１は、第１支持軸１３１のうち第１傘歯車Ｇ１の背面側から突出する突出部に設けられているとよい。ただし、この場合、回転部１２０の被連結部１１に他の部材を連結することが困難になる。すなわち、本実施形態のように、第１傘歯車Ｇ１の中心穴ｈ１１の内周面に被規制部Ｂ１を設ける構成を採用することにより、第１関節機構１０の回転部１２０に他の部材を連結しやすい構造を実現できる。

【0076】

本実施形態においては、被規制部Ｂ１に可動範囲規定部材ＲＡ１が取り付けられる例について示したが、これに限られず、可動範囲規定部材ＲＡ１は規制部Ａ１に取り付けられていてもよい。同様に、本実施形態においては、規制部Ａ２に可動範囲規定部材ＲＡ２が取り付けられる例について示したが、これに限られず、可動範囲規定部材ＲＡ２は被規制部Ｂ２に取り付けられていてもよい。

【0077】

なお、本実施形態においては、基部１１０が固定されており、回転部１２０が回転する例について説明したが、これに限られず、回転部１２０が基部１１０に対して相対的に回転するものであればよい。すなわち、回転部１２０が固定されている場合は、基部１１０が回転するとよい。この場合、被規制部Ｂ１が規制部Ａ１の回転を規制する部材として機能し、被規制部Ｂ２が規制部Ａ２の回転を規制する部材として機能することとなる。

【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14】