JPH074777B2

JPH074777B2 - ３次元運動機構

Info

Publication number: JPH074777B2
Application number: JP1245162A
Authority: JP
Inventors: 茂男広瀬
Original assignee: 新技術事業団
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH03111182A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、３次元空間内で任意に位置決めすることので
きる３次元運動機構に関するもので、特に、壁面歩行ロ
ボットの脚機構や重力方向に設置されるマニピュレータ
の腕機構等に適した３次元運動機構に関するものであ
る。

（従来の技術）ビルや石油タンクのような大形建造物の壁面の点検や清
掃等を行う場合には、その壁面に沿って移動させること
のできる壁面移動装置が用いられる。そのような壁面移
動装置には種々のものがあり、壁面に吸着しながら移動
する壁面吸着移動機械も、これまでにいくつか提案され
ている。その主なものとしては、負圧吸着や磁気吸着を
行う壁面吸着ユニットを複数個用い、交互に吸着脱離を
繰り返しながら胴体をスライドさせることにより移動す
るもの、あるいは吸着車輪の回転により壁面に吸着しな
がら移動するもの等が挙げられる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、そのような壁面吸着移動機械では、平坦
な垂直壁面や円筒面あるいは球面状などの壁面での移動
は可能としても、ビルのコーナー部を横切っての移動や
大きな突起のある壁面での移動、あるいは壁から天井へ
の移動というような、多様な壁面での移動を達成するこ
とはできない。

そのような多様な壁面にも対応することができるように
するために、胴体に複数組の脚機構を取り付けた歩行ロ
ボットとすることが考えられる。その場合、その脚機構
には、３次元運動をさせることが必要となる。すなわ
ち、少なくとも３自由度を持たせることが必要となる。

そのように３自由度を有する運動機構としては、例えば
直交する３組のアクチュエータを用いた３軸直交座標型
の機構がある。しかしながら、壁面を垂直に上昇するよ
うな動作を基本とする壁面歩行ロボットの場合には、重
力方向に大きな負荷がかかるので、３軸直交座標型の脚
機構を用いたものでは、重力方向のアクチュエータの出
力を特に大きくすることが必要となる。しかも、姿勢に
よっては他のアクチュエータにも大きな負荷がかかるの
で、それらのアクチュエータの出力も大きくしておかな
ければならない。したがって、各アクチュエータがいず
れも大形のものとなり、脚機構自体が極めて重くなって
しまう。

また、関節型の３自由度運動機構もあるが、そのような
機構を壁面歩行ロボットの脚機構に用いた場合には、直
列に配置される各関節に大きなトルクを発生させること
が必要となる。したがって、やはり脚機構の重量が増大
してしまう。

このように、壁面歩行ロボットは壁面を垂直に上昇する
ような動作を基本とするので、自重をできるだけ軽く
し、しかも脚出力は大きくしなければならない。そのた
めに、従来の３自由度運動機構、すなわち３次元運動機
構では、壁面歩行ロボットの脚機構としての実現性は低
いものとなっていた。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、壁面歩行ロボットの脚機構などに適し
た３次元運動機構を得ることである。

すなわち、本発明の目的は、軽量で、しかも高い出力を
発生し得る３次元運動機構を得ることである。

（課題を解決するための手段）この目的を達成するために、本発明では、３本の伸縮ア
クチュエータを並列に使用する並列リンク系によって３
次元運動機構を構成するようにしている。３本の伸縮ア
クチュエータは、互いに平行ないしは小角度をなすよう
に配置される。そして、その基端が基体の異なる３点に
それぞれ回動自在に連結され、その先端が自由端フレー
ムの異なる３点にそれぞれ回動自在に連結される。自由
端フレームは、基体にユニバーサルジョイントを介して
連結される支持ロッドに嵌合され、その軸線のまわりの
回転は不能であるが軸線方向には摺動自在に支持され
る。その自由端フレームには、壁面吸着ユニット等の効
果器ユニットが取り付けられている。

（作用）このように構成することにより、３本のアクチュエータ
をそれぞれ作動させ、その長さを変えると、自由端フレ
ームの３次元位置が変化する。その場合、自由端フレー
ムは支持ロッドに嵌合され、軸線方向の摺動のみが許容
されるようにされているので、その姿勢は一義的に定め
られる。したがって、３本のアクチュエータの長さを適
宜設定すれば、自由端フレームに取り付けられている効
果器ユニットを３次元空間内の所望の位置に位置させる
ことができる。

その場合、通常の運動姿勢では３本のアクチュエータが
できるだけ重力方向に沿って配置されるようにする。そ
のようにすると、その運動機構に作用する荷重はそれら
３本のアクチュエータによってほぼ均等に分担されるこ
とになる。しかも、運動機構に加わる曲げモーメント
は、自由端フレームが摺動自在に嵌合されている支持ロ
ッドによって支持される。したがって、十分な運動の自
由度を与えながら、各アクチュエータを小出力のものと
することができ、運動機構全体を軽量化することができ
る。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中、第1,2図は本発明による３次元運動機構を脚機構
として用いた壁面歩行ロボットの一実施例を示す概略正
面図及び側面図であり、第3,4図はそのロボットの脚機
構の斜視図及び縦断側面図である。

第1,2図に示されているように、この壁面歩行ロボット
１は、基体としての胴体２と、その胴体２に取り付けら
れる４組の脚機構3,3,…とからなっている。各脚機構３
の先端には、壁面４に吸着させるための効果器ユニット
である壁面吸着ユニット５が取り付けられている。

第3,4図から明らかなように、脚機構３は、３本の伸縮
アクチュエータ6,6,6を備えている。各アクチュエータ
６はモータ７によって駆動されるボールねじ式のもの
で、それぞれ独立して長さが変えられるようになってい
る。これら３本のアクチュエータ6,6,6の基端は、胴体
２の一直線上にない３点においてそれぞれボールジョイ
ント８あるいはユニバーサルジョイントを介して胴体２
に回動自在に連結されている。また、その先端は、一直
線上にない３点においてそれぞれボールジョイント９あ
るいはユニバーサルジョイントを介して自由端フレー
ム、すなわち脚フレーム10に回動自在に連結されてい
る。しかも、これらのアクチュエータ6,6,6は、互いに
平行ないしは小角度をなすように配置されている。

脚フレーム10にはスプライン軸11が固着されている。一
方、胴体２には、支持ロッド12の基端がユニバーサルジ
ョイント13を介して回動自在に支持されている。そし
て、その支持ロッド12と脚フレーム10のスプライン軸11
とがスプライン嵌合されている。こうして、脚フレーム
10は、支持ロッド12の軸線のまわりには回転不能である
がその軸線方向には摺動自在となるように支持されてい
る。

壁面吸着ユニット５は、支持アーム14とその先端に取り
付けられる吸着盤15とを備えている。吸着盤15は、磁力
あるいは負圧によって壁面４に吸着するもので、第５図
に示されているように、アーム14の先端に設けられるキ
ャップ状の支持力発生部材14aによりゴム等の弾性体16
を介して支持されている。支持力発生部材14aの周辺部
には硬質ゴム等の摩擦部材14bが取り付けられており、
吸着盤15が壁面４に吸着し、しかも壁面４に対して剪断
的な力が作用するときに、耐摩耗性を有し摩擦力の大き
い摩擦部材14bによってその剪断力が支持され、吸着盤1
5にはそれを引き剥がす力のみが働くようにされてい
る。

一方、支持アーム14の基端側は、二股状の分岐アーム部
17a,17aを有するＶアーム17の基端部に、ボールジョイ
ント18を介して回動自在に連結されている。その支持ア
ーム14とＶアーム17との間にはコイルスプリング14sが
設けられており、外力が働かない限り、支持アーム14が
Ｖアーム17に対して一定の方向を向くようにされてい
る。そして、そのＶアーム17が、ユニバーサルジョイン
ト19を介して脚フレーム10の先端に回動自在に支持され
ている。そのユニバーサルジョイント19は、Ｖアーム17
の基端部の軸線のまわり及びその軸線に直交する軸線の
まわりの２自由度回転を許容するもので、その回転中心
はボールジョイント18の回転中心に一致するようにされ
ている。

こうして、壁面吸着ユニット５は、脚フレーム10に対し
て回動自在とされている。

Ｖアーム17の分岐アーム部17a,17aと先端には、平行保
持機構20,20の一端がそれぞれ連結されている。

第４図に示されているように、その平行保持機構20は、
可撓性チューブ状のアウタケーブル21と、そのアウタケ
ーブル21に挿通されるインナケーブル22とによって構成
されている。アウタケーブル21は、一端が脚フレーム10
のスプライン軸11の先端に固着され、胴体２の内部で湾
曲して、他端が胴体２の表面に固着されている。また、
インナケーブル22は、一端が支持ロッド12の先端部に固
着され、アウタケーブル21を貫通して、他端が壁面吸着
ユニット５のＶアーム17の先端に固着されている。胴体
２の内部では、インナケーブル22が挿通されたアウタケ
ーブル21が自由に撓み得るようにされている。

こうして、壁面吸着ユニット５は、異なる面内にそれぞ
れ配置される２組の平行保持機構20,20によって胴体２
に連結されている。

次に、このように構成された脚機構３の作用について説
明する。

第６図は、この脚機構３の基本構造の原理を説明するた
めの説明図である。

この図に示されているように、いま、支持ロッド12は原
点Ｏにおいてユニバーサルジョイントにより胴体２に連
結され、Ｚ軸方向に延びているものとする。また、３本
の伸縮アクチュエータ6₁,6₂,6₃は、Ｘ軸上の点Ｑ及びＹ
軸上の点R,Sにおいてそれぞれ胴体２に回動自在に連結
され、Ｘ−Ｚ平面内の点Ａ及びＹ−Ｚ平面内の点B,Cに
おいてそれぞれ脚フレーム10に回動自在に連結されてい
るものとする。

この状態で、アクチュエータ6₁を伸縮作動させてその長
さを変えると、残りのアクチュエータ6₂,6₃に拘束され
ている脚フレーム10は、それらのアクチュエータ6₂,6₃
を含む面とともにＹ軸のまわりに回転する。したがっ
て、その脚フレーム10に対する吸着盤15の取り付け点Ｐ
もＹ軸のまわりに回転する。また、アクチュエータ6₂,6
₃の一方を伸長させるとともに他方を収縮させると、脚
フレーム10がＸ軸のまわりに回転し、点ＰもＸ軸のまわ
りに回転する。そして、３本のアクチュエータ6₁,6₂,6₃
を同時に伸縮させると、脚フレーム10が支持ロッド12の
軸線に沿って移動し、点ＰはＺ軸方向に移動する。この
間において、脚フレーム10は支持ロッド12にスプライン
結合されているので、脚フレーム10の各腕を含む平面、
すなわち点A,B,Cを含む平面と支持ロッド12とがなす角
は常に一定に保たれる。したがって、点Ｐの３次元位置
は一義的に定められる。

この運動中に、脚フレーム10の各腕間にはモーメントが
生ずるが、そのモーメントはすべて支持ロッド12により
支持されるので、アクチュエータ6₁,6₂,6₃には曲げモー
メントは働かない。もしも３本のアクチュエータ6₁,6₂,
6₃を１点において脚フレーム10に回動自在に連結するこ
とができれば、そのような各腕間に生ずるモーメントは
ゼロにすることができるのであるが、そのような連結は
機構的に著しく困難である。そこで、生成される内部モ
ーメントが小さく抑えられるようにするために、脚フレ
ーム10の各腕の長さは、アクチュエータ6₁,6₂,6₃の端部
の連結部が機構的に干渉し合うことのない範囲内で、で
きるだけ短くされる。

このように、この脚機構３においては、３本のアクチュ
エータ6₁,6₂,6₃によって３自由度が与えられるので、吸
着盤15を空間的に任意の位置に移動させることができ
る。そして、３本のアクチュエータ6₁,6₂,6₃は平行ない
しは小角度をなすように配置されているので、それらを
重力方向に向ければ、その脚機構３に加わる荷重はそれ
ら３本のアクチュエータ6₁,6₂,6₃によってほぼ均等に支
持されることになる。しかも、脚機構３に作用する曲げ
モーメントは、脚フレーム10から支持ロッド12に伝わり
原点Ｏにおいて胴体２により支持される。したがって、
各アクチュエータ6₁,6₂,6₃は軸線方向の荷重を負担すれ
ばよいことになり、低出力で軽量なものとすることがで
きる。

ところで、この脚機構３によれば、上述のように点Ｐの
３次元空間内での位置は決定されるのであるが、その脚
フレーム10の姿勢はその位置の変化に伴って変わってし
まう。そのために、このままでは、例えば脚フレーム10
がＹ−Ｚ平面に対して傾くと、それまでＹ−Ｚ平面に対
して一定方向に向けられていた吸着盤15が傾くことにな
り、通常の歩行運動の障害となってしまう。そこで、脚
フレーム10に取り付けられる吸着盤15の姿勢を胴体２の
姿勢と常に同一に保つ空間平行保持機構20が更に導入さ
れている。

第７図は、その空間平行保持機構20の原理を説明するた
めの説明図である。

この図に示されているように、いま、胴体２に点Ｏで支
持ロッド12が回動自在に支持され、その支持ロッド12に
スプライン結合された脚フレーム10に点Ｐで壁面吸着ユ
ニット５が回動自在に支持されているものとする。そし
て、支持ロッド12の先端のうち胴体２から離れた側の点
をＫとし、脚フレーム10の胴体２寄りの点をＬとする。
脚フレーム10は、図示されていない伸縮アクチュエータ
により胴体２との間の距離が変えられるようになってい
る。

この状態で、例えば脚フレーム10を胴体２に近づけ、点
O,P間を収縮させたとすると、点K,L間の間隔は広がる。
逆に、点O,P間の間隔を広げると、点K,Lは互いに近づ
く。そして、O,P間の間隔の変化量と点K,L間の間隔の変
化量との和は常に一定である。

すなわち、 OP＋KL＝一定となる。

そこで、点Ｌと胴体２上の点Ｍとの間にアウタケーブル
21を設け、そのアウタケーブル21を通して点Ｋと壁面吸
着ユニット５上の点Ｎとの間にインナケーブル22を張
る、なお、点O,M間の距離と点P,N間の距離とは等しくす
る。

このようにすると、インナケーブル22の全長は一定であ
るから、アウタケーブル21から露出している部分の長さ
も一定で、 KL＋MN＝一定となる。

したがって、当初OP＝MNとしておけば、点O,P間の間隔
がどのように変化してもその関係が保たれる。そして、
OM＝PNであるから、四角形OMNPは平行四辺形となる。そ
の結果、脚フレーム10が支持ロッド12とともに点Ｏのま
わりに回動し、また、支持ロッド12の軸線に沿って移動
したときにも、常に壁面吸着ユニット５は胴体２と平行
に保たれることになる。

このように、この平行保持機構20は、２本のケーブル2
1,22によって構成されるので、極めて軽量で、占有スペ
ースも小さくてよく、かつスムーズな作動を得ることが
できる。インナケーブル22がたるむ恐れがある場合に
は、第７図に示されているようにインナケーブル22の固
定点Ｎとは反対側にスプリング23を取り付けるようにす
ればよい。また、このような平行保持機構20を一対、点
Ｐの両側に設けるようにしてもよい。

第３図に示されているように、脚機構３の脚フレーム10
にユニバーサルジョイント19を介して取り付けられた壁
面吸着ユニット５のＶアーム17は、このように構成され
た一対の平行保持機構20,20によって胴体２に連結され
ている。しかも、それらの平行保持機構20,20は異なる
面内に配置されている。したがって、脚フレーム10が３
次元運動するときにも、Ｖアーム17は胴体２の面に対し
て常に平行状態に保たれる。すなわち、脚フレーム10が
どのように傾いても、Ｖアーム17に対してボールジョイ
ント18及びスプリング14sにより常に同一方向を指向す
るように付勢された吸着盤15は、常に一定方向に面する
ことになる。その結果、平坦な壁面４を歩行するときに
は、吸着盤15が常にその壁面４に対向するようにするこ
とができ、スムーズな安定した歩行を行わせることが可
能となる。

なお、この場合、吸着盤15はボールジョイント18を介し
て取り付けられているので、壁面４に対してほぼ平行に
保たれればよく、平行保持機構20に厳密性を求める必要
はない。したがって、ケーブル21,22の固定点等に多少
の誤差があってもよい。

第1,2図に示されているように、このような脚機構３を
４組備えた歩行ロボット１が垂直壁面４を上昇するとき
には、胴体２をできるだけ壁面４に近づけて脚機構3,3
を上下に広げることにより、各脚機構3,3,…がほぼ重力
方向に配置される。したがって、各脚機構３を構成する
３本の伸縮アクチュエータ６もほぼ重力方向に配置され
ることになる。そして、クロール歩容あるいはトロット
歩容、ペース歩容で歩行する。

クロール歩容の場合には、３組の脚機構３を壁面４に吸
着させた状態で残りの１組の脚機構３を復帰させ、その
脚機構３を壁面４に吸着させた後、他の一組の脚機構３
を復帰させるという手順を繰り返す。その場合、ロボッ
ト１の自重は、壁面４に吸着している３組の脚機構３に
よって支持される。そして、各脚機構３に加わる荷重
は、３本の伸縮アクチュエータ６によってほぼ均等に分
担される。したがって、ロボット１は常に合計９本のア
クチュエータ６によって駆動されることになり、個々の
アクチュエータ６の出力は小さくても、全体としては十
分な出力を得ることができる。こうして、出力／重量比
の高い駆動系となる。

そして、そのように各脚機構３によって大きな出力が得
られるので、対角２組の脚機構３を同時に復帰させるト
ロット歩容あるいはペース歩容をとることも可能とな
る。その場合、復帰中の脚機構３においても前述のよう
に吸着盤15が壁面４に平行に保持され、壁面４にほとん
ど接する浮上状態で復帰させることができるので、効率
のよい歩行を行わせることができる。そして、そのよう
なトロット歩容あるいはペース歩容とすることにより、
より高速の移動が可能となる。

このような壁面歩行ロボット１によれば、第８図に示さ
れているように大きな突起4aのある垂直壁面４での移動
も可能となる。突起4aを乗り越えるときには、各脚機構
３を胴体２に対して大きく回動させ、胴体２を壁面４か
ら遠ざけるようにすればよい。このときには、脚機構３
は重力方向に対して大きな角度をなすことになるが、こ
のような状態での歩行には高速性は求められないので、
あえて各アクチュエータ６の出力を上げる必要はない。

また、第９図に示されているように、垂直壁面４から天
井4bへの移動も可能となる。その場合には、同図（Ａ）
に示されているように胴体２を壁面４からやや離し、上
方１組の脚機構３を天井4bに吸着させた後、同図（Ｂ）
に示されているように胴体２を傾けながら、他の上方１
組の脚機構３を天井4bに吸着させる。そして、同図
（Ｃ）に示されているように残り２組の脚機構３を順に
天井4bに吸着させる。それによって、ロボット１は垂直
壁面４から天井4bに完全に移行することになる。天井4b
では、ロボット１は、各脚機構３が重力方向となるよう
に、胴体２を天井4bから遠く離した状態で歩行する。

第９図（Ａ）のような操作時において、吸着ユニット５
の吸着盤15は壁面４にほぼ平行に保持されているので、
脚機構３を天井4bに吸着させるとき、その吸着盤15が天
井4bに対して大きな角度をなすことになるが、その吸着
盤15はスプリング14sによって付勢されているのみで、
ボールジョイント18によって回動自在に支持されている
ので、天井4bへの接近方向を調整したり、胴体２を傾け
たりすることによって、大きな角度をなす天井4b面にも
確実に吸着させることができる。

同様にして、第10図に示されているように、ビルのコー
ナー部のような直交する壁面4c,4dを横切っての移動も
可能となる。

なお、上記実施例においては、脚フレーム10にスプライ
ン軸11が一体に設けられ、そのスプライン軸11に支持ロ
ッド12が嵌合されるものとしているが、支持ロッド12を
スプライン軸とし、それに脚フレーム10をスプライン嵌
合させるようにしてもよい。更に、これら脚フレーム10
と支持ロッド12とを、ガイドレール及びローラ等からな
る簡単なスライド機構によって支持させるようにするこ
ともできる。

ロボット１に取り付けられる脚機構３は、２組以上であ
れば何組であってもよい。対環境適応性の点からは脚数
は多いほどよい。しかしながら、機構の単純化のために
は脚数は少ない方がよい。したがって、その脚数はロボ
ット１に求められる機能に応じて決定される。

また、本発明による３次元運動機構は、重力方向に対し
ては３本の伸縮アクチュエータによって強い支持力を発
生させることでき、しかも水平方向に対する運動の自由
度をも有するものであり、更に、平行保持機構を設ける
ことによって常に基体と平行に保つことができるという
ものであるから、上記実施例のような壁面歩行ロボット
１の脚機構３のほかにも種々のものに応用することがで
きる。

第11図は、天井から吊るした形式のマニピュレータに適
用した実施例を示すものである。

このマニピュレータ30の腕機構31は、上記実施例の脚機
構３と同様に構成されている。すなわち、並列状に配置
される３本の伸縮アクチュエータ32と１本の支持ロッド
33とを備えている。それらのアクチュエータ32及び支持
ロッド33の基端は、基体である天井34に回動自在に連結
されている。また、支持ロッド33には自由端フレーム35
が摺動自在に支持されており、その自由端フレーム35に
アクチュエータ32の先端が回動自在に連結されている。
そして、その自由端フレーム35に、効果器ユニットであ
るグリッパ36が回動自在に支持され、平行保持機構37に
よって常に天井34と平行、すなわち水平に保たれるよう
にされている。

このように構成されたマニピュレータ30においては、グ
リッパ36の指が常に下方を向くので、支持台上などに載
置された物体38を確実に把持することができる。そし
て、その荷重は３本のアクチュエータ32に分散されて支
持されるので、強力な支持力を得ることができる。ま
た、その腕機構31を３次元空間内で運動させることがで
きるので、物体38を任意の位置に移動させることができ
る。物体38の水平面内での向きを変えることなどが求め
られる場合には、グリッパ36に上下方向軸線まわりの回
転の自由度を与えておけばよい。

また、第12図は、本発明による３次元運動機構を適用し
た搬送装置の実施例を示すものである。

この搬送装置40においては、その支持脚41に、上記実施
例の脚機構３あるいは腕機構31と同様な機構が用いられ
ている。その支持脚41は基体である床42に回動自在に支
持され、その上端に、効果器ユニットである支持台43が
取り付けられている。その支持台43は、平行保持機構44
によって床42と平行に保持されている。

このような搬送装置40によれば、支持台43上に載置され
る物体45の荷重は、重力方向に沿って配置される３本の
伸縮アクチュエータにより分散して支持される。したが
って、各アクチュエータの出力は小さくても、重い物体
45を支持することができる。そして、そのアクチュエー
タを伸縮させることにより、水平状態を保ったまま支持
台43を３次元空間内で移動させることができる。こうし
て、重い物体45を３次元的に搬送することのできる搬送
装置40となる。

本発明は、このほか、位置の決定が重要で姿勢の決定は
あまり重要とされないようなときには、スチュアートプ
ラットホーム等にも採用することができる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、互い
に平行ないしは小角度をなすように配置される３本の伸
縮アクチュエータによって３自由度を与えるようにして
いるので、通常の作動時には各アクチュエータがほぼ重
力方向となるように配置することにより、個々のアクチ
ュエータの出力は小さくても、全体としては大きな出力
を得ることができる。そして、それらのアクチュエータ
に支持される自由端フレームを、基体にユニバーサルジ
ョイントを介して連結される支持ロッドに摺動自在に嵌
合し、その支持ロッドに対する回転は規制されるように
しているので、自由端フレームに取り付けられる効果器
ユニットの３次元位置が一義的に決定されるばかりでな
く、３次元運動機構に作用するモーメントがその支持ロ
ッドによって支持されるようになる。したがって、各ア
クチュエータは軸線方向の荷重のみを分担すればよいこ
とになり、そのアクチュエータを軽量小形化することが
可能となる。

こうして、出力／重量比の高い３次元運動機構を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による３次元運動機構を脚機構として
用いた壁面歩行ロボットの一実施例を、垂直壁面を上昇
するときの状態で示す概略正面図、第２図は、その側面図、第３図は、そのロボットの脚機構を示す斜視図、第４図は、その脚機構の縦断側面図、第５図は、その脚機構の壁面吸着ユニット部分を示す拡
大縦断側面図、第６図は、その脚機構の基本構造を示す説明図、第７図は、その脚機構に用いられている平行保持機構の
原理を示す説明図、第８図は、第1,2図の壁面歩行ロボットが、大きな突起
のある垂直壁面を上昇するときの状態を示す概略側面
図、第９図は、そのロボットが垂直壁面から天井へと移動す
るときの状態を示す概略側面図、第10図は、そのロボットがビルのコーナー部などを横切
って移動するときの状態を示す概略平面図、第11図は、本発明による３次元運動機構をマニピュレー
タに適用した実施例を示す概略側面図、第12図は、本発明による３次元運動機構を搬送装置に適
用した実施例を示す概略側面図である。１……壁面歩行ロボット、２……胴体（基体）３……脚機構（３次元運動機構）、４……壁面５……壁面吸着ユニット（効果器ユニット）６……伸縮アクチュエータ 8,9……ボールジョイント 10……脚フレーム（自由端フレーム） 11……スプライン軸、12……支持ロッド 13……ユニバーサルジョイント 14……支持アーム、15……吸着盤 17……Ｖアーム、18……ボールジョイント 19……ユニバーサルジョイント 20……平行保持機構 21……アウタケーブル 22……インナケーブル 30……マニピュレータ 31……腕機構（３次元運動機構） 32……伸縮アクチュエータ 33……支持ロッド、34……天井（基体） 35……自由端フレーム 36……グリッパ（効果器ユニット） 37……平行保持機構 40……搬送装置 41……支持脚（３次元運動機構） 42……床（基体） 43……支持台（効果器ユニット） 44……平行保持機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基端がユニバーサルジョイントを介して基
体に連結される支持ロッドと、その支持ロッドに嵌合され、その軸線のまわりの回転は
不能であるが、軸線方向には摺動自在に支持される自由
端フレームと、基端が前記基体の一直線上にない３点にそれぞれ回動自
在に連結されるとともに、先端が前記自由端フレームの
一直線上にない３点にそれぞれ回動自在に連結され、互
いに平行ないしは小角度をなすように配置される３本の
伸縮アクチュエータとを備え、前記自由端フレームに効果器ユニットが取り付けられて
いる、３次元運動機構。
【請求項２】前記効果器ユニットが前記自由端フレーム
に対して回動自在に取り付けられるとともに、その効果器ユニットが、異なる面内にそれぞれ配置され
る２組の平行保持機構を介して前記基体に連結されてお
り、その平行保持機構が、一端が前記自由端フレームの前記
基体寄りの点に固定されるとともに他端が前記基体に固
定される撓み自在のアウタケーブルと、そのアウタケー
ブルに挿通され、一端が前記支持ロッドの前記基体から
離れた点に固定されるとともに他端が前記効果器ユニッ
トに固定されるインナケーブルとによって構成されてい
ることを特徴とする、請求項１記載の３次元運動機構。