JP7800545B2 - 直動機構 - Google Patents

直動機構

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Description

本開示は、直動機構に関する。
近年、人間の動作を電磁的又は機械的な作用によって模倣するロボティクス技術の開発が進められている。
例えば、ロボットの脚部又は腕部を動作させる機構として、一方向に伸縮する直動機構が知られている。直動機構には、ストロークが長いこと、コンパクトかつ軽量であること、及び十分な強度を有することが求められる。
下記の特許文献１には、旋回台から直立した上下軸と、上下軸に対して直交する水平軸方向に伸縮する伸縮軸とを有する円筒座標型の伸縮軸作動機構が開示されている。特許文献１に開示された伸縮軸作動機構は、伸縮軸アームを伸縮軸ケーシングから伸縮させることで伸縮動作を行うことができる。
特開平３－１１１１９６号公報
しかし、上記特許文献１に開示された伸縮軸作動機構は、伸縮軸アームの軸受け部分の強度が構造的に低くなってしまう。したがって、上記特許文献１に開示された伸縮軸作動機構は、ロボットの脚部のような衝撃負荷が生じる用途、又はクレーンのような重量物を持ち上げる用途への適用が困難であった。
そこで、本開示では、強度をより高めることが可能な、新規かつ改良された直動機構を提案する。
本開示によれば、モータからの回転力を直線方向の駆動力に変換する変換機構を含み、前記直線方向に延在して設けられた中間リンクと、前記直線方向の駆動力に基づいて、前記直線方向の第１側に向かって前記中間リンクの前記第１側の端部から直動する第１リンクと、前記直線方向の駆動力に基づいて、前記第１側と反対の第２側に向かって前記中間リンクの前記第２側の端部から直動する第２リンクと、を備え、前記第１リンク及び前記第２リンクは、互いに連動して、前記直線方向に互いに対称に直動する、直動機構が提供される。
本開示に係る技術が適用される移動体の構成を示す概略的な斜視図である。 直動機構を含む脚部の構成を示す断面図である。 図２の脚部をＡ－ＡＡ切断面から視認した構成を示す断面図である。 中間リンクの具体的な構成を示す説明図である。 第１の変形例に係る脚部の構成を示す断面図である。 第２の変形例に係る脚部の構成を示す断面図である。 第３の変形例に係る脚部の中間リンクの構成を示す模式図である。 第４の変形例に係る脚部と、本体部との結合近傍を示す斜視図である。 図８に示すロック機構の固定状態における断面図である。 図８に示すロック機構の自由状態における断面図である。 ラックアンドピニオン機構を用いた鍵部の挿入又は引き抜きの動作を示す模式図である。 ラックアンドピニオン機構を用いた鍵部の挿入又は引き抜きの動作を示す模式図である。 第４の変形例に係る脚部を備える移動体の起動から停止までの流れを示すフローチャート図である。 本開示の一実施形態に係る直動機構を備えるロボットアーム装置の構成を示す模式図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．構成例
１．１．移動体の構成
１．２．直動機構の構成
１．３．中間リンクの構成
２．変形例
２．１．第１の変形例
２．２．第２の変形例
２．３．第３の変形例
２．４．第４の変形例
３．付記
＜１．構成例＞
（１．１．移動体の構成）
まず、図１を参照して、本開示に係る技術が適用される移動体について説明する。図１は、本開示に係る技術が適用される移動体１の構成を示す概略的な斜視図である。
図１に示すように、移動体１は、本体部１２と、複数の脚部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄとを備える。移動体１は、例えば、４脚の脚式ロボット装置である。ただし、移動体１は、３脚又は２脚の脚式ロボット装置であってもよく、５脚以上の脚式ロボット装置であってもよい。以下では、脚部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを互いに区別せず、まとめて脚部１１と称する。
本体部１２は、移動体１の胴体部に相当する。本体部１２には、例えば、移動体１の動作全般を制御する制御装置、移動体１の外部環境をセンシングする各種センサ装置、及び移動体１の各部に電力を供給する電源装置などが設けられる。
脚部１１は、本体部１２に取り付けられ、本体部１２を支持すると共に、移動体１の歩行に用いられる。本開示の一実施形態に係る直動機構１００は、複数の脚部１１の少なくとも１つ以上に含まれる。例えば、脚部１１は、本体部１２に回動可能に取り付けられた直動機構１００と、直動機構１００の端部に設けられた接地部１５０とで構成される。
直動機構１００は、脚部１１の延在方向に伸縮可能な機構である。直動機構１００は、複数のリンクを直列に連結することで構成され、連結された複数のリンクを互いにスライドさせることで、脚部１１を延在方向に伸縮することができる。移動体１は、脚部１１の各々に含まれる直動機構１００を回動及び伸縮させることで、脚部１１を用いた歩行を行うことができる。
接地部１５０は、車輪１５１を含んで構成される。車輪１５１は、外周で走行面に接地すると共に、走行面と平行な回転軸で回転可能な円盤形状又は円柱形状にて構成される。車輪１５１は、モータの駆動によって回転されることで、脚部１１を動かすことなく移動体１を車輪走行させることができる。
上記構成を備える移動体１は、例えば、階段又は未舗装路等の凹凸が存在する走行面では、車輪１５１を駆動させずに脚部１１の各々を交互に回動及び伸縮させることで、脚式歩行を行うことができる。一方で、移動体１は、舗装路等の平坦な走行面では、脚部１１の各々の姿勢を維持したまま車輪１５１を駆動させることで、車輪走行を行うことができる。
上記構成を備える移動体１は、直動機構１００によって脚部１１を伸縮させることができる。したがって、上記構成を備える移動体１は、脚部１１が収縮した際の移動体１の高さをより低減することができる。また、上記構成を備える移動体１は、階段などの段差が大きい不整地でも、階段等と脚部１１との干渉リスクを低減することができるため、より円滑な脚式歩行を行うことが可能である。
（１．２．直動機構の構成）
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る直動機構１００の具体的な構成について説明する。図２は、直動機構１００を含む脚部１１の構成を示す断面図である。図３は、図２の脚部１１をＡ－ＡＡ切断面から視認した構成を示す断面図である。
図２及び図３に示すように、直動機構１００は、第１リンク１１０と、第２リンク１２０と、中間リンク１３０とを備える。車輪１５１を含む接地部１５０については、上述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
中間リンク１３０は、モータの回転力を直線方向の駆動力に変換する変換機構を含み、一方向に延在して設けられる。直動機構１００は、中間リンク１３０で発生した駆動力に基づいて、第１リンク１１０及び第２リンク１２０を互いに反対方向に伸縮させることで、多段階に伸縮することができる。直動機構１００は、中間リンク１３０を駆動ユニットとして第１リンク１１０及び第２リンク１２０を伸縮させることで、駆動力の伝達機構の数を低減することができるため、構造の単純化及び軽量化を実現することができる。中間リンク１３０の具体的な構成については後述する。
第１リンク１１０は、中間リンク１３０にスライド可能に連結される。具体的には、第１リンク１１０は、接地部１５０側（第１側Ｄ１）の端部に車輪１５１を含む接地部１５０を備え、本体部１２側（第２側Ｄ２）の端部にて中間リンク１３０と連結される。第１リンク１１０は、中間リンク１３０に含まれる変換機構にて発生した駆動力に基づいて、第１側Ｄ１に向かって中間リンク１３０に沿ってスライドすることができる。
第２リンク１２０は、中間リンク１３０の第１リンク１１０と反対側にスライド可能に連結される。具体的には、第２リンク１２０は、本体部１２側（第２側Ｄ２）の端部に移動体１の本体部１２と接続する関節部１４０を備え、接地部１５０側（第１側Ｄ１）の端部にて中間リンク１３０と連結される。第２リンク１２０は、中間リンク１３０に含まれる変換機構にて発生した駆動力に基づいて、第２側Ｄ２に向かって中間リンク１３０に沿ってスライドすることができる。
第１リンク１１０は、移動体１の進行方向に面した第１面Ｓ１にて中間リンク１３０と連結されてもよい。また、第２リンク１２０は、中間リンク１３０を挟んで第１面Ｓ１と反対面であり、かつ第１面Ｓ１と平行な第２面Ｓ２で中間リンク１３０と連結されてもよい。
第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、例えば、脚部１１を走行面上に垂直に直立させた場合に、車輪１５１の回転軸方向と走行面上で直交する進行方向を法線方向とする面である。具体的には、第１面Ｓ１は、移動体１の進行方向の前進方向側を向く面であり、第２面Ｓ２側は、移動体１の進行方向の後退方向側を向く面である。
これによれば、第１リンク１１０及び第２リンク１２０は、移動体１の歩行時に進行方向から掛かる負荷を第１リンク１１０又は第２リンク１２０と、中間リンク１３０との連結面（第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２）で受けることができる。したがって、直動機構１００は、移動体１の前進時に掛かる負荷に対する剛性をより高めることができる。
また、第１リンク１１０及び第２リンク１２０の各々は、内部に他のリンクを収納可能なように、箱型構造で設けられてもよい。具体的には、第１リンク１１０は、中間リンク１３０を内部に収納可能な箱型構造にて設けられてもよく、第２リンク１２０は、中間リンク１３０及び第１リンク１１０を収納可能な箱型構造にて設けられてもよい。これによれば、直動機構１００は、収縮時に、第１リンク１１０に中間リンク１３０を収納し、第２リンク１２０に第１リンク１１０及び中間リンク１３０を収納することができるため、よりコンパクトな大きさに収縮することができる。
ただし、第１リンク１１０は、直動機構１００の収縮時に、第２リンク１２０と干渉することを防止するために、第２リンク１２０の箱型構造よりも小さく、かつ一部の面が開口した箱型構造で設けられてもよい。例えば、第１リンク１１０は、第２リンク１２０の箱型構造よりも小さく、かつ中間リンク１３０との連結面である第１面Ｓ１と反対側の第２面Ｓ２側が開口した箱型構造にて設けられてもよい。これによれば、第１リンク１１０は、移動体１の後退方向側の面を開口させた箱型構造で設けられることで、移動体１の前進時に掛かる負荷に対する剛性を維持しつつも軽量化することが可能である。したがって、直動機構１００は、第１リンク１１０をさらに軽量化することが可能である。
（１．３．中間リンクの構成）
続いて、図４を参照して、中間リンク１３０の具体的な構成について説明する。図４は、中間リンク１３０の具体的な構成を示す説明図である。
図４に示すように、中間リンク１３０は、動力部３３０と、第１変換機構３１０と、第２変換機構３２０と、筐体３４０と、第１連結部３１５と、第２連結部３２５とを備える。
第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０は、互いに平行に設けられ、動力部３３０からの回転力を互いに反対側の直線方向への駆動力に変換する。これによれば、第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０は、第１リンク１１０が連結された第１連結部３１５、及び第２リンク１２０が連結された第２連結部３２５を互いに反対方向に直動させることができる。したがって、第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０は、第１リンク１１０及び第２リンク１２０を中間リンク１３０に沿って直線方向に伸縮させることができる。
動力部３３０は、モータ３３４、モータギア３３３、第１ギア３３１、及び第２ギア３３２を含む。
モータ３３４は、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換することで、回転力を発生させる電動機である。モータ３３４は、例えば、軸を中心に回転する回転子と、回転子と相互作用することで回転モーメントを発生させる固定子と、回転子の回転を外部に伝達する回転軸と、回転軸を支持する軸受とを含んで構成されてもよい。
モータギア３３３は、モータ３３４の回転によって回転する平歯車である。モータギア３３３は、モータ３３４の回転軸に接続されると共に、第１ギア３３１及び第２ギア３３２と噛合する。これにより、モータギア３３３は、モータ３３４で発生した回転力を第１ギア３３１及び第２ギア３３２に伝達することができる。
第１ギア３３１は、モータギア３３３と噛合し、第１変換機構３１０と接続された平歯車である。これにより、第１ギア３３１は、モータ３３４で発生した回転力を直線方向の駆動力に変換する第１変換機構３１０に伝達することができる。
第２ギア３３２は、モータギア３３３と噛合し、第２変換機構３２０と接続された平歯車である。これにより、第２ギア３３２は、モータ３３４で発生した回転力を直線方向の駆動力に変換する第２変換機構３２０に伝達することができる。
動力部３３０では、モータギア３３３を第１ギア３３１及び第２ギア３３２の間に設けることで、モータ３３４の回転力をより短い距離で第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０に伝達することが可能である。これによれば、モータギア３３３、第１ギア３３１、及び第２ギア３３２は、ギアの径及び線速度を小さくすることができるため、モータ３３４からの高速の回転力を効率的に第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０に伝達することが可能である。したがって、動力部３３０は、モータ３３４からの回転力をよりシンプルな機構で第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０に伝達することが可能となるため、直動機構１００の信頼性を向上させることが可能である。
第１変換機構３１０は、第１ねじ軸３１１、第１リニアガイド３１４、第１軸受３１３、及び第１直動部３１２を含む。これらの構成により、第１変換機構３１０は、例えば、回転力を直線方向の駆動力に変換するボールねじを含んでもよい。
第１ねじ軸３１１は、第１ギア３３１と連結されており、モータギア３３３からの回転力に基づいて回転するねじ軸である。第１軸受３１３は、第１ねじ軸３１１の第１ギア３３１が設けられた端部と反対側の端部に設けられ、第１ねじ軸３１１を支持する。第１直動部３１２は、ボールを介して第１ねじ軸３１１に取り付けられたナットであり、第１ねじ軸３１１の回転に伴って第１ねじ軸３１１の軸方向に直動する。これによれば、第１変換機構３１０は、モータギア３３３からの回転力を、第１直動部３１２による第１ねじ軸３１１の軸方向の直動運動へと変換することができる。
第１リニアガイド３１４は、第１ねじ軸３１１の軸方向と平行なレールと、第１直動部３１２の直動と連動してレール上を滑らかに直動するスライド部とを含む。第１リニアガイド３１４のスライド部には、中間リンク１３０の筐体３４０の表面上に設けられた第１連結部３１５が連結される。これによれば、第１リニアガイド３１４は、スライド部の直動に伴って、第１リンク１１０が連結された第１連結部３１５を中間リンク１３０に沿ってスライドさせることができる。したがって、第１変換機構３１０は、モータ３３４からの回転力に基づいて、第１リンク１１０を中間リンク１３０に沿ってスライドさせることができる。
第２変換機構３２０は、第１変換機構３１０と同様に、第２ねじ軸３２１、第２リニアガイド３２４、第２軸受３２３、及び第２直動部３２２を含む。これらの構成により、第２変換機構３２０は、例えば、回転力を直線方向の駆動力に変換するボールねじを含んでもよい。
第２ねじ軸３２１は、第２ギア３３２と連結されており、モータギア３３３からの回転力に基づいて回転するねじ軸である。ただし、第２ねじ軸３２１は、第１ねじ軸３１１と平行、かつ第１ねじ軸３１１とねじ切り方向が反対となるように設けられてもよい。第２軸受３２３は、第２ねじ軸３２１の第２ギア３３２が設けられた端部と反対側の端部に設けられ、第２ねじ軸３２１を支持する。第２直動部３２２は、ボールを介して第２ねじ軸３２１に取り付けられたナットであり、第２ねじ軸３２１の回転に伴って第２ねじ軸３２１の軸方向に直動する。これによれば、第２変換機構３２０は、モータギア３３３からの回転力を、第２直動部３２２による第２ねじ軸３２１の軸方向の直動運動へと変換することができる。
ここで、第１ねじ軸３１１及び第２ねじ軸３２１は、互いにねじ切り方向が反対向きとなるように設けられる。したがって、第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０では、モータギア３３３からの回転力は互いに反対方向の駆動力に変換されるため、第１直動部３１２及び第２直動部３２２は、モータギア３３３からの同一の回転力によって互いに反対方向に直動することができる。よって、直動機構１００は、１つのモータ３３４で２段階の伸縮動作を中間リンク１３０、第１リンク１１０、及び第２リンク１２０に行わせることができる。
第２リニアガイド３２４は、第２ねじ軸３２１の軸方向と平行なレールと、第２直動部３２２の直動と連動してレール上を滑らかに直動するスライド部とを含む。第２リニアガイド３２４のスライド部には、中間リンク１３０の筐体３４０の表面上に設けられた第２連結部３２５が連結される。これによれば、第２リニアガイド３２４は、スライド部の直動に伴って、第２リンク１２０が連結された第２連結部３２５を中間リンク１３０に沿ってスライドさせることができる。したがって、第２変換機構３２０は、モータ３３４からの回転力に基づいて、第２リンク１２０を中間リンク１３０に沿ってスライドさせることができる。
筐体３４０は、動力部３３０、第１変換機構３１０、及び第２変換機構３２０を内部に包含する。筐体３４０と、第１連結部３１５及び第２連結部３２５との間の隙間は、シール部にて封止される。
シール部は、第１連結部３１５及び第２連結部３２５を直動させるために筐体３４０に設けられた隙間を覆うストリップシールと、該ストリップシールを筐体３４０に吸着させることで筐体３４０の内部を封止するマグネットシールとを含む。第１連結部３１５及び第２連結部３２５は、マグネットシールによって吸着されたストリップシールを部分的に剥がしながら直動することで、筐体３４０と第１連結部３１５及び第２連結部３２５との間に生じる隙間を最小限としつつ直動することができる。したがって、中間リンク１３０は、筐体３４０の内部に塵埃が侵入することを抑制することができるため、塵埃によって第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０に不具合が発生する可能性をより低減することができる。
上記の構成を備える中間リンク１３０では、モータ３３４からの回転力がモータギア３３３、第１ギア３３１、及び第２ギア３３２を介して、第１ねじ軸３１１及び第２ねじ軸３２１に伝達される。第１ねじ軸３１１及び第２ねじ軸３２１は、互いにねじ切り方向が反対向きであるため、第１直動部３１２及び第２直動部３２２は、第１ねじ軸３１１及び第２ねじ軸３２１の回転に伴って互いに反対方向に直動する。これにより、第１直動部３１２及び第２直動部３２２に連結された第１リンク１１０及び第２リンク１２０は、中間リンク１３０に沿って互いに反対方向に連動してスライドすることができる。以上の動作によれば、直動機構１００は、中間リンク１３０に対して、第１リンク１１０及び第２リンク１２０を互いに連動して直動させることができる。
なお、上記では、第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０は、ボールねじを含むとして説明したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。第１変換機構３１０及び第２変換機構３２０は、ボールねじに替えてすべりねじを含んでもよい。
＜２．変形例＞
次に、図５～図１２を参照して、本実施形態に係る直動機構１００を含む脚部１１の第１～第５の変形例について説明する。
（２．１．第１の変形例）
図５は、第１の変形例に係る脚部１１の構成を示す断面図である。
図５に示すように、第１の変形例に係る脚部１１は、第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２をさらに備えてもよい。
第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２は、配線を支持可能な複数のリンクを細かいピッチで連続的に結合することで、剛直な構造を維持しつつ、任意の湾曲構造に変形可能な構造部材である。
脚部１１では、本体部１２から第１リンク１１０の先端に設けられた車輪１５１への電力供給、及び制御指令の伝達のために、第１リンク１１０、中間リンク１３０、及び第２リンク１２０の間に配線が設けられる。ただし、第１リンク１１０、中間リンク１３０、及び第２リンク１２０の間に設けられた配線は、直動機構１００の伸縮に伴って動くことで、他の構成に絡まったり、傷ついたりする可能性がある。そこで、第１の変形例に係る脚部１１では、第１リンク１１０、中間リンク１３０、及び第２リンク１２０の間に設けられた配線を第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２で支持することで、該配線を保護することができる。
例えば、第１ケーブルキャリア１６１は、中間リンク１３０と第１リンク１１０とを電気的に接続する配線を支持してもよい。また、第２ケーブルキャリア１６２は、中間リンク１３０と第２リンク１２０とを電気的に接続する配線を支持してもよい。これによれば、第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２は、剛直な構造を維持しつつも、車輪１５１の回転軸と垂直な平面上で任意の湾曲構造に変形可能である。したがって、第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２は、第１リンク１１０、中間リンク１３０、及び第２リンク１２０の間に設けられた配線が意図しない動きをすることを防止することができるため、該配線を保護することができる。
また、第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２は、車輪１５１の回転軸と垂直な平面上の限られた範囲で変形するため、脚部１１の収縮時に、第２リンク１２０の内部にコンパクトに収納されるように構成され得る。したがって、第１の変形例に係る脚部１１は、脚部１１の収縮時に、第１リンク１１０、中間リンク１３０、及び第２リンク１２０の間に設けられた配線をコンパクトに収納することができる。
（２．２．第２の変形例）
図６は、第２の変形例に係る脚部１１の構成を示す断面図である。
図６に示すように、第２の変形例に係る脚部１１は、中間リンク１３０及び第２リンク１２０の間に弾性部１７０をさらに備えてもよい。
弾性部１７０は、例えば、ばねなどの弾性部材を含み、中間リンク１３０及び第２リンク１２０の間に弾性力を働かせる。具体的には、弾性部１７０は、中間リンク１３０に設けられたばね及びばねホルダと、第２リンク１２０に設けられたばね受け構造とを含む。弾性部１７０は、脚部１１の収縮時に、ばね受け構造でばねを受け止め、中間リンク１３０と第２リンクとの間でばねを圧縮することで、ばねを弾性変形させることができる。
これによれば、弾性部１７０は、脚部１１の収縮後の伸長の際に、ばねの反発力を用いて直動機構１００の伸長をアシストすることができる。また、弾性部１７０は、脚部１１の収縮時にのみ、ばねが弾性変形するように設けられることで、直動機構１００の全長に対して短いばねでも、直動機構１００の伸長を十分にアシストすることが可能である。
さらに、第２の変形例に係る脚部１１は、第１の変形例に係る脚部１１で説明した第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２をさらに備えてもよい。このような場合、弾性部１７０は、車輪１５１の回転軸と垂直な平面上で、第１ケーブルキャリア１６１及び第２ケーブルキャリア１６２と並列に配置されてもよい。これによれば、第１ケーブルキャリア１６１、第２ケーブルキャリア１６２、及び弾性部１７０は、直動機構１００の内部に互いに干渉することなく配置することができる。したがって、脚部１１は、弾性部１７０、第１ケーブルキャリア１６１、及び第２ケーブルキャリア１６２を直動機構１００の内部に互いに干渉することなく配置することができるため、直動機構１００の内部空間をより効率的に活用することが可能である。
（２．３．第３の変形例）
図７は、第３の変形例に係る脚部１１の中間リンク１３０の構成を示す模式図である。
図７に示すように、第３の変形例に係る脚部１１の中間リンク１３０は、１対のスプロケット３４１，３４２に架け渡されたチェーン３４３を用いて、第１直動部３１２及び第２直動部３２２を互いに反対方向に直動させてもよい。
具体的には、中間リンク１３０は、動力部３３０、第１変換機構３１０、及び第２変換機構３２０に替えて、モータ３３４と、一対のスプロケット３４１，３４２と、チェーン３４３と、第１リニアガイド３１４と、第２リニアガイド３２４と、第１直動部３１２と、第２直動部３２２とを備えてもよい。
一対のスプロケット３４１，３４２は、軸の回転をチェーン３４３に伝達する歯車等の機械要素である。チェーン３４３は、張力をもって一対のスプロケット３４１，３４２の間を架け渡され、スプロケット３４１の回動を直線方向の駆動力として第１直動部３１２及び第２直動部３２２に伝達する。チェーン３４３は、ローラーチェーン又はブロックチェーンなどであってもよく、ワイヤ又はタイミングベルトなどであってもよい。モータ３３４は、例えば、スプロケット３４１を回動させる動力源であり、一対のスプロケット３４１，３４２の間に架け渡されたチェーン３４３を往復運動させることができる。
第１直動部３１２は、チェーン３４３の所定の箇所と連結され、チェーン３４３の往復運動による駆動力に基づいて第１リニアガイド３１４に沿って直動する。第１リニアガイド３１４は、一対のスプロケット３４１，３４２の配列方向と平行なレールと、レール上を滑らかに移動可能なスライド部とを含み、スライド部に接続された第１直動部３１２をレールに沿って滑らかに直動させる。
第２直動部３２２は、チェーン３４３の所定の箇所と連結され、チェーン３４３の往復運動による駆動力に基づいて第２リニアガイド３２４に沿って直動する。第２リニアガイド３２４は、一対のスプロケット３４１，３４２の配列方向と平行なレールと、レール上を滑らかに移動可能なスライド部とを含み、スライド部に接続された第２直動部３２２をレールに沿って滑らかに直動させる。
したがって、中間リンク１３０は、モータ３３４を回動させてチェーン３４３を往復運動させることで、チェーン３４３と連結された第１直動部３１２及び第２直動部３２２を一対のスプロケット３４１，３４２の配列方向に直動させることができる。
ただし、第１直動部３１２及び第２直動部３２２は、例えば、一対のスプロケット３４１，３４２を挟んで互いに反対側に設けられてもよい。例えば、第１直動部３１２が一方のスプロケット３４２近傍に配置される場合、第２直動部３２２は、第１直動部３１２に対して対角となるように、一対のスプロケット３４１，３４２を挟んで他方のスプロケット３４１近傍に配置されてもよい。これによれば、第１直動部３１２及び第２直動部３２２は、チェーン３４３の往復運動によって互いに反対方向に直動することになる。したがって、第１直動部３１２及び第２直動部３２２に連結された第１リンク１１０及び第２リンク１２０は、中間リンク１３０に沿って互いに反対方向に連動してスライドすることができる。
第３の変形例に係る中間リンク１３０によれば、ボールねじ又はすべりねじに替えて、スプロケット及びチェーンを用いた場合でも、第１リンク１１０及び第２リンク１２０を中間リンク１３０に沿って互いに反対方向に連動してスライドさせることが可能である。第３の変形例に係る中間リンク１３０は、ボールねじ又はすべりねじよりも軽量かつ低コストのスプロケット及びチェーンを用いることで、直動機構１００をより安価に構成することが可能である。
（２．４．第４の変形例）
図８は、第４の変形例に係る脚部１１と、本体部１２との結合近傍を示す斜視図である。図９は、図８に示すロック機構１８０の固定状態における断面図であり、図１０は、図８に示すロック機構１８０の自由状態における断面図である。
図８に示すように、第４の変形例に係る脚部１１は、本体部１２との間にロック機構１８０をさらに備える。図８～図１０に示すように、ロック機構１８０は、鍵穴１８２Ｈを備える鍵穴部１８２と、鍵部１８１と、リンク１８３，１８６と、回動軸１８４と、関節１８５と、ソレノイド１８７とを含む。
具体的には、鍵穴部１８２は、脚部１１側に設けられ、鍵穴部１８２には、脚部１１の回動軸に対して垂直な面に鍵穴１８２Ｈが設けられる。鍵部１８１は、本体部１２側に設けられ、鍵部１８１には、脚部１１の回動軸に対して垂直な面に交差することが可能な棒状構造が設けられる。これによれば、鍵部１８１は、棒状構造を鍵穴部１８２の鍵穴１８２Ｈに差し込み、脚部１１と本体部１２とを結合する関節部１４０の回動を妨げることで、脚部１１の回動角度を固定することができる。
また、鍵部１８１は、リンク１８３、関節１８５、及びリンク１８６を介して、ソレノイド１８７と接続される。リンク１８３は、回動軸１８４を軸として回動可能に設けられる。ソレノイド１８７は、自己保持型ソレノイドであり、ソレノイド１８７の電磁力によってプランジャを引き込み、引き込んだプランジャに対して保持力を印加することができる。
例えば、固定状態におけるロック機構１８０は、図９に示すように、ソレノイド１８７にプランジャが引き込まれることで、回動軸１８４を軸としてリンク１８３を回動させることができる。これにより、鍵部１８１は、脚部１１の回動軸に対して垂直な面に交差するように突出し、鍵穴部１８２の鍵穴１８２Ｈに差し込まれるため、脚部１１と本体部１２とを結合する関節部１４０の回動を妨げることができる。また、鍵部１８１は、ソレノイド１８７にて発生した固定力がリンク１８３，１８６を介して伝達されることで姿勢が固定されるため、鍵穴１８２Ｈに挿入された状態を維持することができる。
また、自由状態におけるロック機構１８０は、図１０に示すように、ソレノイド１８７にプランジャが引き込まれないため、鍵部１８１は、脚部１１の回動軸に対して垂直な面に交差するように突出せず、鍵穴部１８２の鍵穴１８２Ｈに差し込まれない。したがって、鍵部１８１は、脚部１１と本体部１２とを結合する関節部１４０の回動を妨げないため、ロック機構１８０は、本体部１２に対して脚部１１を回動自在とすることができる。
なお、ロック機構１８０では、ソレノイド１８７に替えて他の構成を用いた場合でも、鍵部１８１を鍵穴１８２Ｈに挿入又は引き抜きすることが可能である。図１１及び図１２は、ラックアンドピニオン機構を用いた鍵部１８１の挿入又は引き抜き動作を示す模式図である。
図１１及び図１２に示すように、鍵部１８１は、モータにて回転されるピニオンギア１９２と、ラックギア１９１とによって、鍵穴１８２Ｈに挿入又は引き抜きされてもよい。
具体的には、ピニオンギア１９２は、小口径の円形の平歯車であり、ラックギア１９１は、一方の面にピニオンギア１９２と噛合する歯が形成された長手形状の部材である。鍵部１８１は、ラックギア１９１及びピニオンギア１９２の噛み合わせ面と反対側の面でラックギア１９１と固定されており、鍵部１８１が載置されたガイド１９３に沿ってスライド可能に設けられる。
これにより、モータによってピニオンギア１９２が回転することで、ピニオンギア１９２と噛合するラックギア１９１は、ガイド１９３と平行方向に移動される。したがって、ラックギア１９１と固定された鍵部１８１は、同様にガイド１９３と平行方向に移動されるため、鍵穴１８２Ｈに挿入又は引き抜きされる。
上記の構成によれば、ロック機構１８０は、ソレノイド１８７に替えてラックアンドピニオン機構を用いた場合でも、鍵部１８１を鍵穴１８２Ｈに挿入又は引き抜きすることが可能である。このような場合、ロック機構１８０は、より単純な構成で脚部１１の回動角度を固定することが可能である。
続いて、図１３を参照して、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１におけるロック機構１８０の動作について説明する。図１３は、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１の起動から停止までの流れを示すフローチャート図である。
図１３に示すように、例えば、まず、移動体１に電源が投入される（Ｓ１０１）。ただし、移動体１は、停止状態では、脚部１１の各々が上記のロック機構１８０によって回動角度が固定されているものとする。続いて、移動体１は、各関節が起動又は停止姿勢となるように、各関節のモータを位置制御する（Ｓ１０２）。これにより、各関節のロック機構１８０にて鍵部１８１が鍵穴１８２Ｈから引き抜かれることで、ロック機構１８０が解放され（Ｓ１０３）、脚部１１の各々は、移動体１の本体部１２に対して回動自在となる。
以上の動作の後、移動体１は、通常動作モードに移行し（Ｓ１０４）、通常動作モードにて脚式歩行等の動作を行う（Ｓ１０５）。その後、所望の動作が終了した場合、移動体１は、終了動作モードに移行する（Ｓ１０６）。
終了動作モードでは、移動体１は、各関節が起動又は停止姿勢となるように、各関節のモータを位置制御する（Ｓ１０７）。これにより、各関節のロック機構１８０にて鍵部１８１が鍵穴１８２Ｈに挿入されることで、ロック機構１８０が固定され（Ｓ１０８）、脚部１１の各々は、移動体１の本体部１２に対して回動角度を固定される。その後、移動体１の電源が切断される（Ｓ１０９）。
上記動作により、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１は、無通電時にはロック機構１８０によって脚部１１の各々の回動角度を固定しておくことで、脚部１１の各々がそれぞれ自由な方向に広がってしまうことを防止することができる。したがって、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１は、無通電時に、本体部１２に対する脚部１１の角度を直立状態に固定することができるため、より収納に適したコンパクトな形状とすることができる。
特に、第２の変形例にて説明した弾性部１７０が移動体１の脚部１１に設けられる場合、収縮時の脚部１１には、弾性部１７０から脚部１１を伸長させようとする反発力が加わる。このような場合、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１は、本体部１２に対する脚部１１の角度を直立状態に固定することで、移動体１の自重によって弾性部１７０からの反発力を抑え、脚部１１を収縮状態に維持することが可能である。これによれば、第４の変形例に係る脚部１１を備える移動体１は、より収納に適したコンパクトな形状を容易に維持することが可能である。
＜３．付記＞
上記実施形態では、直動機構１００は、移動体１の脚部１１に備えられる例を示したが、本開示に係る技術はかかる例に限定されない。例えば、直動機構１００は、ロボットアーム装置２に備えられてもよい。図１４は、本実施形態に係る直動機構１００を備えるロボットアーム装置２の構成を示す模式図である。
図１４に示すように、ロボットアーム装置２は、台座２０と、第１の直動リンク２１と、第２の直動リンク２２と、エフェクタ部２３とを備える。
台座２０は、ロボットアーム装置２を支持する基部である。台座２０は、例えば、床面又は壁面に固定されていてもよい。
第１の直動リンク２１は、本実施形態に係る直動機構１００を含み、台座２０の主面に対して垂直方向に直動可能な構造部材である。第１の直動リンク２１は、台座２０の主面の法線を軸として回動可能となるように台座２０の上に設けられてもよい。
第２の直動リンク２２は、本実施形態に係る直動機構１００を含み、第１の直動リンク２１の直動方向と直交する方向に直動可能な構造部材である。第２の直動リンク２２は、第１の直動リンク２１の直動方向と直交するように第１の直動リンク２１と連結されてもよい。
エフェクタ部２３は、対象を把持するグリッパなどを含み、第２の直動リンク２２の先端側に設けられる。ロボットアーム装置２は、エフェクタ部２３にて対象に対して所望の作業を行うことができる。
ロボットアーム装置２は、本実施形態に係る直動機構１００を第１の直動リンク２１、及び第２の直動リンク２２に適用することにより、直動機構１００が収縮した際の大きさをより小さくすることができる。したがって、ロボットアーム装置２は、フットプリントを縮小すると共に、第１の直動リンク２１、及び第２の直動リンク２２と外界との干渉リスクをより低減することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
モータからの回転力を直線方向の駆動力に変換する変換機構を含み、前記直線方向に延在して設けられた中間リンクと、
前記直線方向の駆動力に基づいて、前記直線方向の第１側に向かって前記中間リンクの前記第１側の端部から直動する第１リンクと、
前記直線方向の駆動力に基づいて、前記第１側と反対の第２側に向かって前記中間リンクの前記第２側の端部から直動する第２リンクと、
を備え、
前記第１リンク及び前記第２リンクは、互いに連動して、前記直線方向に互いに対称に直動する、直動機構。
（２）
前記変換機構は、互いに平行に配置された第１ボールねじ及び第２ボールねじを含み、
前記第１リンクは、前記第１ボールねじにて発生した前記駆動力に基づいて直動し、
前記第２リンクは、前記第２ボールねじにて発生した前記駆動力に基づいて直動する、上記（１）に記載の直動機構。
（３）
前記第１ボールねじ及び前記第２ボールねじは、同一の前記回転力を前記第１側に向かう前記駆動力と、前記第２側に向かう前記駆動力とに変換する、上記（２）に記載の直動機構。
（４）
前記回転力は、平歯車によって前記第１ボールねじ及び前記第２ボールねじに伝達される、上記（２）又は（３）に記載の直動機構。
（５）
前記変換機構は、前記直線方向に配置された一対のスプロケットと、前記一対のスプロケットに架け渡されたチェーンとを含み、
前記第１リンク及び前記第２リンクは、前記チェーンからの駆動力によって前記直線方向に互いに対称に直動する、上記（１）に記載の直動機構。
（６）
前記第１リンク及び前記第２リンクは、前記中間リンクに含まれるリニアガイドにそれぞれ沿って直動する、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の直動機構。
（７）
前記第１リンクと前記中間リンクとは、第１面で連結され、
前記第２リンクと前記中間リンクとは、前記第１面と前記中間リンクを挟んで平行な第２面で連結される、上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の直動機構。
（８）
前記中間リンクは、前記変換機構を内部に包含し、
前記中間リンクの内部は、シール部にて封止される、上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の直動機構。
（９）
前記直動機構は、移動体の少なくとも１つ以上の脚部に含まれる、上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の直動機構。
（１０）
前記第２リンクには、前記移動体の本体部と接続する関節が設けられ、
前記関節は、前記直線方向と直交する回動軸で前記第２リンクを回動する、上記（９）に記載の直動機構。
（１１）
前記本体部と前記第２リンクとの回動角度を固定するロック機構をさらに備える、上記（１０）に記載の直動機構。
（１２）
前記第１リンクの前記第１側の端部には、車輪を含む接地部が設けられる、上記（９）～（１１）のいずれか一項に記載の直動機構。
（１３）
前記脚部は、前記第１リンク及び前記第２リンクの直動によって伸縮する、上記（９）～（１２）のいずれか一項に記載の直動機構。
（１４）
前記第１リンクは、一部の面が開口した箱型構造で構成され、
前記脚部の収縮時に、前記中間リンクは、前記第１リンクの前記箱型構造の内部に収納される、上記（１３）に記載の直動機構。
（１５）
前記第１リンクは、前記移動体の前進方向と反対側の後退方向の一面が少なくとも開口された前記箱型構造で構成される、上記（１４）に記載の直動機構。
（１６）
前記脚部の収縮時に、前記中間リンク及び前記第１リンクは、前記第２リンクの内部に収納される、上記（１３）～（１５）のいずれか一項に記載の直動機構。
（１７）
前記脚部の収縮時に、前記中間リンクと、前記第２リンクとの間で弾性変形する弾性部をさらに備える、上記（１６）に記載の直動機構。
（１８）
前記中間リンクと、前記第１リンク又は前記第２リンクとを電気的に接続する配線を支持するケーブルキャリアをさらに備える、上記（９）～（１７）のいずれか一項に記載の直動機構。
１ 移動体
１１ 脚部
１２ 本体部
１００ 直動機構
１１０ 第１リンク
１２０ 第２リンク
１３０ 中間リンク
１４０ 関節部
１５０ 接地部
１５１ 車輪
１６１ 第１ケーブルキャリア
１６２ 第２ケーブルキャリア
１７０ 弾性部
３１０ 第１変換機構
３１１ 第１ねじ軸
３１２ 第１直動部
３１３ 第１軸受
３１４ 第１リニアガイド
３１５ 第１連結部
３２０ 第２変換機構
３２１ 第２ねじ軸
３２２ 第２直動部
３２３ 第２軸受
３２４ 第２リニアガイド
３２５ 第２連結部
３３０ 動力部
３３１ 第１ギア
３３２ 第２ギア
３３３ モータギア
３３４ モータ
Ｄ１ 第１側
Ｄ２ 第２側

Claims (14)

  1. モータからの回転力を直線方向の駆動力に変換する変換機構を含み、前記直線方向に延在して設けられた中間リンクと、
    前記直線方向の駆動力に基づいて、前記直線方向の第１側に向かって前記中間リンクの前記第１側の端部から直動する第１リンクと、
    前記直線方向の駆動力に基づいて、前記第１側と反対の第２側に向かって前記中間リンクの前記第２側の端部から前記第１リンクと連動して互いに対称に直動する第２リンクと、
    を備え、
    前記変換機構は、互いに平行に配置された第１ボールねじ及び第２ボールねじを含み、
    前記モータからの回転力は、前記モータの回転軸に接続されたモータギアとそれぞれ噛合すると共に前記モータギアを間に挟んで配置された第１ギア及び第２ギアによって前記第１ボールねじ及び前記第２ボールねじに伝達され、
    前記第１ボールねじは、前記第１ギアから伝達された回転力を変換した前記第１側に向かう前記駆動力に基づいて前記第１リンクを直動させ、
    前記第２ボールねじは、前記第２ギアから伝達された回転力を変換した前記第２側に向かう前記駆動力に基づいて前記第２リンクを直動させる、直動機構。
  2. 前記第１ギア及び前記第２ギアは、平歯車である、請求項１に記載の直動機構。
  3. 前記第１リンク及び前記第２リンクは、前記中間リンクに含まれるリニアガイドにそれぞれ沿って直動する、請求項１に記載の直動機構。
  4. 前記第１リンクと前記中間リンクとは、第１面で連結され、
    前記第２リンクと前記中間リンクとは、前記第１面と前記中間リンクを挟んで平行な第２面で連結される、請求項１に記載の直動機構。
  5. 前記中間リンクは、前記変換機構を内部に包含し、
    前記中間リンクの内部は、シール部にて封止される、請求項１に記載の直動機構。
  6. 前記直動機構は、移動体の少なくとも１つ以上の脚部に含まれる、請求項１に記載の直動機構。
  7. 前記第２リンクには、前記移動体の本体部と接続する関節が設けられ、
    前記関節は、前記直線方向と直交する回動軸で前記第２リンクを回動する、請求項６に記載の直動機構。
  8. 前記本体部と前記第２リンクとの回動角度を固定するロック機構をさらに備える、請求項７に記載の直動機構。
  9. 前記第１リンクの前記第１側の端部には、車輪を含む接地部が設けられる、請求項６に記載の直動機構。
  10. 前記脚部は、前記第１リンク及び前記第２リンクの直動によって伸縮する、請求項６に記載の直動機構。
  11. 前記第１リンクは、一部の面が開口した箱型構造で構成され、
    前記脚部の収縮時に、前記中間リンクは、前記第１リンクの前記箱型構造の内部に収納される、請求項１０に記載の直動機構。
  12. 前記脚部の収縮時に、前記中間リンク及び前記第１リンクは、前記第２リンクの内部に収納される、請求項１０に記載の直動機構。
  13. 前記脚部の収縮時に、前記中間リンクと、前記第２リンクとの間で弾性変形する弾性部をさらに備える、請求項１２に記載の直動機構。
  14. 前記中間リンクと、前記第１リンク又は前記第２リンクとを電気的に接続する配線を支持するケーブルキャリアをさらに備える、請求項６に記載の直動機構。
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