JP2005180566A

JP2005180566A - 回転伸縮リンク機構

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Publication number: JP2005180566A
Application number: JP2003421716A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kawabuchi; 一郎川渕; ▲すすむ▼ ▲舘▼; Susumu Tate; Naoki Kawakami; 直樹川上
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: WO2005059407A1; US20070193398A1; JP4618769B2; US7926370B2

Abstract

【課題】仮想的な回転軸を有する回転関節を実現する回転伸縮リンク機構を提供する。
【解決手段】第１の仮想中心線３を有する第１のリンク５と第２の仮想中心線７を有する第２のリンク９を回転伸縮関節機構１１を介して連結するように回転伸縮リンク機構１を構成する。回転伸縮関節機構１１は、第１の仮想中心線３と第２の仮想中心線７とが重なっている状態から第１の仮想中心線３に対して第２の仮想中心線７が交差しながら回転する際に、第１の仮想中心線３と第２の仮想中心線７との交差点が第１の仮想中心線７上をその回転角に応じる所定の距離だけ変位するように第１及び第２のリンク５，９を連結して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転伸縮関節機構を有する回転伸縮リンク機構に関するものである。

特開２００３−１１７８７３公報及び特開２００３−１７５４８４公報に示されるように、ロボットアーム等に用いられる一般的な機構としては、実体の回転軸を有する回転関節機構を介して二つのリンクを回転させるリンク機構が知られている。
特開２００３−１１７８７３公報特開２００３−１７５４８４公報

しかしながら、二つのリンクが相対的に回転する機構において、両者間の回転中心付近に空間を必要とする用途が存在し、そのような用途に対しては実体の回転軸を有する一般的な回転関節機構が適用できない。例えば、図９に示すように人体（ここでは指）の動きに沿って一般的なリンク機構を動かそうとすると、次のような問題が生じる。まず、図９の上段の図に示すように一般的なリンク機構を指の上部に配置（すなわち、指の回転軸とリンク機構の回転軸が平行になるように配置）した場合は、指の関節の回転角が大きくなるとリンク機構が指に衝突してしまい、４５度程度より大きな可動角は得られない。一般的なリンク機構を指の側面に配置（すなわち、人体の関節の回転軸と一般的なリンク機構の関節機構の回転軸の位置を一致させるように配置）した場合は、指とリンク機構は同じ運動をすることができるが、関節軸の延長線上にリンク機構が存在するため、その配置空間が存在しない人体（例えば手の中指）に適用することができない。

本発明の目的は、二つのリンクが回転しかつ伸縮することができる回転伸縮リンク機構を提供することにある。

本発明の目的は、仮想的な回転軸を有する回転関節を実現する回転伸縮リンク機構を提供することにある。

本発明の他の目的は、少ないスペースでも配置することができる回転伸縮リンク機構を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、少ない部品数で構成することができる回転伸縮リンク機構を提供することにある。

本発明の回転伸縮リンク機構は、第１の仮想中心線を有する第１のリンクと第２の仮想中心線を有する第２のリンクとが回転伸縮関節機構を介して連結されて構成されている。ここで第１及び第２のリンクは、本発明の回転伸縮リンク機構において後に詳述する回転伸縮関節機構に拘束される部材あり、回転伸縮関節機構を介して相互に連結されかつ連動する部材である。また、第１及び第２の仮想中心線は、第１及び第２のリンクの内部に仮想された中心線を意味し、第１及び第２の仮想中心線は重なった状態にあり、第１のリンクと第２のリンクとが直交する状態では第１及び第２の中心線も直交する。

本発明では、回転伸縮関節機構は、第１の仮想中心線と第２の仮想中心線とが重なっている状態から第１の仮想中心線に対して第２の仮想中心線が交差しながら回転する際に、第１の仮想中心線と第２の仮想中心線との交差点が第１の仮想中心線上をその回転角に応じる所定の距離だけ変位するように第１及び第２のリンクを連結するように構成されている。第１の仮想中心線と第２の仮想中心線との交差点は、第１及び第２のリンクが連動する際に、第１及び第２の仮想中心線が相互に交わる点を意味する。第１の仮想中心線上をその回転角に応じる所定の距離だけ変位するとは、第２のリンクが第１のリンクに対して回転する際にその回転角に対応した第１の仮想中心線上の所定の距離を上記交差点が移動することを意味している。このような回転伸縮リンク機構を採用すると、第１及び第２のリンクが回転伸縮関節機構を介して実体の構造部材が存在しない仮想の回転軸を中心として相互に回転運動することができる。

第１のリンクは、所定の間隔をあけて対向する第１及び第２の対向壁部を有しており、第２のリンクは、第１の対向壁部と対向する第１の被対向壁部と第２の対向壁部と対向する第２の被対向壁部とを有している。そして、上述の回転伸縮関節機構は、第１の被対向壁部に設けられて第２の仮想中心線に沿って延びる第１のラックギヤと、第１のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて第１のラックギヤ上を転動し且つ第１の仮想中心線に沿ってスライドするように第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤと、第２の対向壁部に設けられて第１の仮想中心線に沿って延びる第２のラックギヤと、第２のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて第２のラックギヤ上を転動し且つ第２の仮想中心線に沿ってスライドするように第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤとを備えている。第２のリンクの第１の被対向壁部に一体に構成された第１のラックギヤ上を第１のリンクの第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤが複数の歯を介して転動し、第１のリンクの第２の対向壁部に一体に構成された第２のラックギヤ上を第２のリンクの第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤが複数の歯を介して転動するため、第１及び第２のリンクの運動に剛性を与えることができる。

本発明では、第１及び第２の仮想中心線が共に存在する仮想平面に垂直に投影して見る状態において、第１のラックギヤに対する第１のセクターギヤの相対的な第１の回転量及び第１の回転方向と第２のラックギヤに対する第２のセクターギヤの相対的な第２の回転量及び第２の回転方向については、第１及び第２の回転量が等しく且つ第１及び第２の回転方向が逆になり、第１のセクターギヤの第１の仮想中心線に沿う第１のスライド量及び第１のスライド方向と第２のセクターギヤの第２の仮想中心線に沿う第２のスライド量及び第２のスライド方向については、第１及び第２のスライド量が等しく且つ第１及び第２のスライド方向が相対的に逆方向になるように、第１のラックギヤ及び第１のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係とが定められている。

ここで、第１及び第２の仮想中心線が共に存在する仮想平面とは、第１及び第２の仮想中心線が相互に交差する状態で共に存在しうる仮想された平面を意味する。このように第１のラックギヤ及び第１のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係とを定めると、第１のリンクに対する第２のリンクの転動運動及び伸縮運動を一義的に定めることができる。

第１のラックギヤ及び第１のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係とは、第１の仮想中心線に対して第２の仮想中心線が相対的に回転する際に仮想平面上に生ずる第２の仮想中心線の回転中心と第１の仮想中心線との間の最短距離及びこの回転中心と第２の仮想中心線との間の最短距離が常に実質的に一定になるように定められている。ここで回転中心の一般的な定義は、平面上のある物の運動がある点回りの回転運動とみなせる場合におけるその点のことであり、この定義を本件に適用すると、第２の仮想中心線が運動する際にある点との間の最短距離が一定であれば、第２の仮想中心線はその点を回転中心とする回転運動をしていることになる。

本発明の回転伸縮リンク機構は、第１のセクターギヤを第１のラックギヤに対して転動させる駆動力、第１のセクターギヤを第１の仮想中心線に添って直動させる駆動力、第２のセクターギヤを第２のラックギヤに対して転動させる駆動力及び第２のセクターギヤを第２の仮想中心線に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの駆動力を発生する駆動力付与機構を更に備えている。この駆動力付与機構により、回転伸縮リンク機構を駆動させることができる。

具体的な駆動力付与機構としては、第１及び第２の仮想中心線間の交差点上に仮想平面に対して軸線が垂直に延び且つ第１及び第２のセクターギヤを回転自在に貫通する共通軸と、共通軸に支持されたプーリに掛かって第１及び第２の仮想中心線の両方に沿って伸びる駆動ロープと、駆動ロープを巻き取るロープ巻き取り装置と、前記駆動ロープの張力を自在に発生するロープ張力発生機構とを備えている。そして、ロープ巻き取り装置から引き出された駆動ロープの先端は第１のリンクまたは第２のリンクの一方に固定されており、駆動ロープはロープ巻き取り装置により巻き取られること及びロープ張力出力発生機構により張力が与えられることにより、第１のセクターギヤを第１の仮想中心線に沿って直動させる駆動力および第２のセクターギヤを第２の仮想中心線に沿って直動させる駆動力の両方を発生することができる。

上記のロープ張力発生機構を中心とした駆動力付与機構では、外力が働かない限り駆動ロープを引き出すことができない。そこで、第１のリンクと第２のリンクとの間には、第１の仮想中心線と第２の仮想中心線とを相対的に回転させようとする力を常時発生する復帰機構が設けられている。このような復帰機構を設けると、駆動力付与機構において駆動ロープの巻き取り及び引き出しに必要な駆動ロープに張力を与えることができ、さらに駆動ロープのたわみを防止することができるために回転伸縮リンク機構に剛性を与えることができる。

第１及び第２の対向壁部の間に第２のリンクが位置するように構成することができる。具体的には、第２のリンクの第１の被対向壁部と第２の被対向壁部とを所定の間隔をあけて配置し、第１の対向壁部、第１の被対向壁部、第２の被対向壁部及び第２の対向壁部の順番に交互に並ぶように第１のリンクと第２のリンクとが組み合わされるように構成することができる。このようにすると、少ない部品数でしかもコンパクトに回転伸縮リンク機構を構成することができるため、回転伸縮リンク機構の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、第２のリンクの第１の被対向壁部と第２の被対向壁部とは所定の間隔をあけて配置された第１のリンクと第２のリンクとが組み合わせとしては、第１の対向壁部、第１の被対向壁部、第２の対向壁部及び第２の被対向壁部の順番に交互に並ぶようにしてもよい。このようにしても、少ない部品数でしかもコンパクトに回転伸縮リンク機構を構成することができる。

第１のセクターギヤ及び第１の対向壁部の一方並びに第２のセクターギヤ及び第２の被対向壁部の一方にはそれぞれスライド用凸部が設けられ、第１のセクターギヤ及び第１の対向壁部の他方並びに第２のセクターギヤ及び第２の被対向壁部の他方にスライド用凸部がスライド可能に嵌合されるスライド用凹部がそれぞれ設けられている。スライド用凸部はスライド用凹部に嵌合されるため、スライド用凹部の寸法よりも僅かに小さくなっている。スライド用凹部は、スライド用凸部を嵌合した状態でスライドを許容するものであればよいため、第１のセクターギヤ及び第１の対向壁部の他方並びに第２のセクターギヤ及び第２の被対向壁部の他方に対して貫通していても貫通していなくてもよい。スライド用凸部は、スライド凹部に嵌合されてスライドすることにより、第１のリンクは第２のリンクに対して伸縮運動をし、第２のリンクは第１のリンクに対して伸縮運動をすることができる。これに回転運動が加わることにより、本発明の回転伸縮リンク機構の回転運動及び伸縮機構を実現することができる。

第１のリンクの対向壁部及び第２のリンクの被対向壁部の少なくとも一方は、対応する仮想中心線方向の長さが機械的に調節できるように構成されている。機械的に調整できるようにするために、例えばリンクを仮想中心線方向にスライド可能なスライド機構を介して結合される二つの分割リンクと、これら二つの分割リンクとスライド機構とを固定状態にする構造とにより構成する。固定状態にする構造としては、ビス止め等を用いることができる。このようにリンクの長さを機械的に調整できるようにすると、用途に応じてリンクの長さを設定できるので、リンクの種類を多種類用意する必要がなくなって、汎用性が高くなる。

また、スライド用凹部内にビス止めを設けることにより、スライド用凸部がスライド用凹部内をスライドする距離を制限してもよい。これにより、回転伸縮リンク機構の可動範囲を調整したい場合でも、部品を取り替える必要がない。

回転伸縮関節機構は、第１の被対向壁部に設けられて第２の仮想中心線に沿って延びる第１のラックギヤと、第１の仮想中心線に沿ってスライドするように第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤと、第１のラックギヤ及び第１のセクターギヤの間に位置して両者と噛み合って回転する第１の反転ギヤと、第２の対向壁部に設けられて第１の仮想中心線に沿って延びる第２のラックギヤと、第２の仮想中心線に沿ってスライドするように第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤと、第２のラックギヤと第２のセクターギヤとの間に位置して両者と噛み合って回転する第２の反転ギヤとを備えている。このような第１及び第２の反転ギヤを用いた回転伸縮リンク機構を採用することにより、第１および第２のラックギヤや第１および第２のセクターギヤを、第１の仮想中心線に対する第２の仮想中心線の回転中心から大きく離すことが可能となり、その回転中心付近の空間をより大きく取ることが可能となる。

本発明の回転伸縮リンク機構では、第１及び第２の仮想中心線が共に存在する仮想平面に垂直に投影して見る状態において、第１のラックギヤに対する第１のセクターギヤの相対的な第１の回転量及び第１の回転方向と第２のラックギヤに対する第２のセクターギヤの相対的な第２の回転量及び第２の回転方向については、第１及び第２の回転量が等しく且つ第１及び第２の回転方向が逆になり、第１のセクターギヤの第１の仮想中心線に沿う第１のスライド量及び第１のスライド方向と第２のセクターギヤの第２の仮想中心線に沿う第２のスライド量及び第２のスライド方向については、第１及び第２のスライド量が等しく且つ第１及び第２のスライド方向が相対的に逆方向になるように、第１のラックギヤ、第１のセクターギヤ及び第１の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ、第２のセクターギヤ及び第２の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係とを定めることができる。このように第１のラックギヤ、第１のセクターギヤ及び第１の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ、第２のセクターギヤ及び第２の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係とを定めると、第１及び第２の反転ギヤを用いた構成を採用しても、第１のリンクに対する第２のリンクの転動運動及び伸縮運動を一義的に定めることができる。

この場合において、更に、第１の反転ギヤ及び第１のセクターギヤを第１のラックギヤに対して転動させる駆動力、第１のセクターギヤを第１の仮想中心線に添って直動させる駆動力、第２の反転ギヤ及び第２のセクターギヤを第２のラックギヤに対して転動させる駆動力及び第２のセクターギヤを第２の仮想中心線に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの駆動力を発生する駆動力付与機構を備えることができる。これにより、第１及び第２の反転ギヤを用いた場合でも、回転伸縮リンク機構を駆動することができる。

さらに、本発明の回転伸縮リンク機構を直列に複数個接続することによりシリアル多関節機構を構成することができる。このようなシリアル多関節機構を採用することにより、回転伸縮リンク機構を組み合わされるため、複雑な動作を実現することができる。

このシリアル多関節機構において、回転伸縮関節機構を駆動するために付加された駆動ロープを、それを巻き取ったり引き伸ばしたりするロープ巻き取り装置及び前記ロープ張力出力発生機構との間に存在する他の全ての回転伸縮関節機構内のプーリを介して引き回わされるように構成すると、個々の回転伸縮リンク機構の運動を調整することができるため、より複雑な動作を実現することができる。

本発明によれば、回転伸縮関節機構を有する回転伸縮リンク機構によって、回転運動だけでなく伸縮運動も実現することができるため、リンク機構において実体の構造部材が存在しない空間に仮想の回転軸を有する関節ならびにその仮想の回転軸周りの回転運動を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の回転伸縮リンク機構の一実施の形態の構成を示す斜視図である。また、図２Ａは本発明の回転伸縮リンク機構の実施の形態の回転運動を行う前の状態の主要部の構成を示す斜視図であり、図２Ｂは図２Ａの分解斜視図であり、図２Ｃは図２Ａの実施の形態の動作を説明するために用いる図である。図３は図２Ａの実施の形態の駆動状態を示す斜視図及びその平面図である。これらの図において、符号１は本発明の回転伸縮リンク機構の一実施の形態を示している。この回転伸縮リンク機構は１、第１の仮想中心線３を有する第１のリンク５と第２の仮想中心線７を有する第２のリンク９とが後に詳しく説明する回転伸縮関節機構１１を介して連結されて構成されている。第１及び第２のリンク５，９は、回転伸縮関節機構１１に拘束され、回転伸縮関節機構１１を介して相互に連結されかつ連動する部材である。第１及び第２のリンク５，９は金属性の材料を用いて形成されているが、これらは耐久性のあるプラスチック材料を用いて形成してもよい。また、第１及び第２の仮想中心線３，７は、第１及び第２のリンク５，９の内部に仮想された中心線を意味し、具体的には第１及び第２のリンク５，９が相互に重なり合っている状態ではこれらの中心線も相互に重なっており、第１及び第２のリンク５，９が相互に直交する状態ではこれらの中心線も相互に直交するように設定されている。

この回転伸縮関節機構１においては、第１のリンク５の第１の仮想中心線３と第２のリンク９の第２の仮想中心線７とが重なっている状態から第１の仮想中心線３に対して第２の仮想中心線７が交差しながら回転する際に、第１の仮想中心線３と第２の仮想中心線７との交差点１３が移動する。すなわち回転伸縮関節機構１は、この交差点１３が第１の仮想中心線３上をその回転角に応じる所定の距離だけ変位する間に第２のリンク９が第１のリンク５に対して回転するように第１及び第２のリンク５，９を連結するように構成されている。ここで第１及び第２の仮想中心線３，７の交差点１３は、第１及び第２のリンク５，９が相互に連動する際に、第１及び第２の仮想中心線３，７が相互に交わる点を意味している。この場合、第２のリンク９がの第１のリンク５に対して回転するとその回転角に対応した第１の仮想中心線３上の所定の距離だけ交差点１３が移動する。見方を変えると、本発明の実施の形態では、第１及び第２のリンク５，９が回転伸縮関節機構１１を介して実体の構造部材が存在しない仮想の回転軸（仮想の回転中心）を中心として相互に回転運動している。

また、第１のリンク５は、所定の間隔をあけて対向する第１及び第２の対向壁部１５，１７を有しており、第１及び第２の対向壁部１５，１７は第２のリンク９と接する側とは反対側の端部の上で連結壁部１６により連結された一体型構造となっている。第２のリンク９は、第１及び第２の対向壁部１５，１７に対応する第１及び第２の被対向壁部１９，２１とを有しており、第１及び第２の被対向壁部１９，２１は第１のリンク５と接する側とは反対側の端部の上で連結壁部２０により連結された一体型構造となっている。すなわち、第１及び第２のリンク５，９は、後述する第１及び第２のラックギヤ２３，２７の位置と対向する第１及び第２の対向壁部１５，１７と第１及び第２の被対向壁部１９，２１との間の間隔寸法が異なる点を除いてほぼ同じ形状となっている。第１の対向壁部１５と第１の被対向壁部１９とは所定の間隔を介して間隔対向し、第２の対向壁部１７と第２の被対向壁部２１とにそれぞれ隣接している。回転伸縮関節機構１１は、第１の対向壁部１５に設けられて第２の仮想中心線７に沿って延びる第１のラックギヤ２３と、第１のラックギヤ２３と噛み合う複数の歯２５ａを備えて第１のラックギヤ２３上を転動し且つ第１の仮想中心線３に沿ってスライドするように第１の対向壁部１５にスライド可能に支持された第１のラックギヤ２５と、第２の対向壁部１７に設けられて第１の仮想中心線３に沿って延びる第２ラックギヤ２７と、第２ラックギヤ２７と噛み合う複数の歯２９ａを備えて第２ラックギヤ２７上を転動し且つ第２の仮想中心線７に沿ってスライドするように第２の対向壁部１７にスライド可能に支持された第２のセクターギヤ２９とを備えている。第１のラックギヤ２３は、第２の仮想中心線７に沿って直線的に延びるように形成されており、第２のリンク９の第１の被対向壁部１９から第１のリンク５の第１の対向壁部１５側に突出する幅寸法を有している。第２ラックギヤ２７は、第１の仮想中心線３に沿って直線的に延びるように形成されており、第１のリンク５の第２の対向壁部１７から第２のリンク９の第２の被対向壁部２１側に突出する幅寸法を有している。第１及び第２のラックギヤ２３，２７には、複数の歯２３ａ，２７ａが形成されている。なお、第２のリンク９の第１の被対向壁部１９及び第１のリンク５の第２の対向壁部１７の第１及び第２のラックギヤ２３，２７が設けられている付近には貫通孔１９ａ，１７ａが設けられている。これらの貫通孔１９ａ，１７ａは本来なくても良いが、これらの貫通孔１９ａ，１７ａが存在することにより、回転伸縮リンク機構の軽量化を図ることができ、また、潤滑油の注油等のギヤのメンテナンスが容易になる。

また、第２のリンク９の第１の被対向壁部１９には、第１のラックギヤ２３の上側の第１のラックギア２３とほぼ平行する位置に直線的に延びるように貫通孔１９ｂが設けられている。この貫通孔１９ｂが存在することにより、後に説明する共通軸３７が第２の仮想中心線７に沿って第１の被対向壁部１９を貫通可能に移動することができる。

第１及び第２のセクターギヤ２５，２９は、ほぼ同じ扇型形状を有しており、扇型の弧の部分に複数の歯２５ａ，２９ａが形成されている。第１及び第２のセクターギヤ２５，２９には、後に説明する第１及び第２の対向壁部１５，１７のスライド用凹部１５ａ，２１ａにスライド可能に嵌合されるスライド用凸部２５ｂ，２９ｂが一体に形成されている。このように第２のリンク９の第１の被対向壁部１９に一体に構成された第１ラックギヤ２３上を第１のリンク５の第１の対向壁部１５にスライド可能に支持された第１のセクターギヤ２５が複数の歯２５ａを介して転動し、第１のリンク５の第２の対向壁部１７に一体に構成された第１ラックギヤ２３上を第２のリンク９の第２の被対向壁部２１にスライド可能に支持された第２のセクターギヤ２９が複数の歯２９ａを介して転動することにより、第１及び第２のリンク５，９の運動に剛性を与えることができる。

図１に示す本実施の形態では、第１のセクターギヤ２５の第１のリンク５の第１の対向壁部１５側及び第２のセクターギヤ２９の第２のリンク９の第２の被対向壁部２１側には、第１及び第２の仮想中心線３，７に沿って、突起２５ｂ，２９ｂが設けられている。そして、第１のリンク５の第１の対向壁部１５及び第２のリンク９の第２の被対向壁部２１には、第１及び第２の仮想中心線３，７に沿って細長い貫通孔１５ａ，２１ａが設けられている。突起２５ｂ，２９ｂは、本発明のスライド用凸部としてこの貫通孔１５ａ，２１ａにスライド可能に嵌合されている。突起２５ｂ，２９ｂの寸法は、貫通孔１５ａ，２１ａの寸法よりも小さくなっている。なお、上記実施の形態では、突起２５ｂ，２９ｂは第１及び第２のセクターギヤ２５，２９に形成され、貫通孔１５ａ，２１ａは、第１の対向壁部１５及び第２の被対向壁部２１に形成されているが、スライド用凸部としての突起を第１の対向壁部１５及び第２の被対向壁部２１に形成し、スライド用凹部としての貫通孔を第１及び第２のセクターギヤ２５，２９に形成してもよいのはもちろんである。また、本実施の形態では、本発明のスライド用凹部として貫通孔１５ａ，２１ａを用いたが、スライド用凹部は、突起２５ｂ，２９ｂをスライド可能に嵌合させるものであればよいため、第１の対向壁部１５及び第２の被対向壁部２１を貫通していても貫通していなくてもよい。本実施の形態では、突起２５ｂ，２９ｂが貫通孔１５ａ，２１ａにスライド可能に嵌合されることにより、第１のリンク５は第２のリンク９に対して伸縮運動を行うことができる。これに回転運動が加わることにより、本発明の回転伸縮リンク機構の回転運動及び伸縮機構を実現することができる。

本実施の形態において、第１ラックギヤ２３及び第１のセクターギヤ２５の形状、大きさ及びその位置関係と、第２ラックギヤ２７及び第２のセクターギヤ２９の形状、大きさ及びその位置関係とは、次のような条件のもとに定められている。すなわち、図１に示すように第１及び第２の仮想中心線３，７が共に存在する仮想平面３１に垂直に投影して見る状態において、第１のラックギヤ２３に対する第１のセクターギヤ２５の相対的な回転量及び回転方向をそれぞれＲＱ１及びＲＤ１とし、第２ラックギヤ２７に対する第２のセクターギヤ２９の相対的な回転量及び回転方向をＲＱ２及びＲＤ２とすると、回転量ＲＱ１及びＲＱ２は等しく且つ回転方向ＲＤ１及びＲＤ２は方向が逆になる。また、第１のセクターギヤ２５の第１の仮想中心線３に沿うスライド量及びスライド方向をそれぞれＳＱ１及びＳＤ１とし、第２のセクターギヤ２９の第２の仮想中心線７に沿うスライド量及びスライド方向をそれぞれＳＱ２及びＳＤ２とすると、スライド量ＳＱ１及びＳＱ２は等しく且つスライド方向ＳＤ１及びＳＤ２は相対的に逆方向になる。すなわち、第１及び第２のラックギヤ２３，２７と第１及び第２のセクターギヤ２５，２９とが噛み合う部分の長さはほぼ同じ長さとなっている。ここで、第１及び第２の仮想中心線３，７が共に存在する仮想平面３１とは、第１及び第２の仮想中心線３，７が相互に交差する状態で存在しうる仮想された平面を意味する。このように第１ラックギヤ２３及び第１のセクターギヤ２５の形状、大きさ及びその位置関係と、第２ラックギヤ２７及び第２のセクターギヤ２９の形状、大きさ及びその位置関係とを定めると、第１のリンク５に対する第２のリンク９の転動運動及び伸縮運動を一義的に定めることができる。

また、図４は、本発明の回転伸縮リンク機構の他の実施の形態の構成概略的に示す図である。この図において、図１及び図３に示した実施の形態と共通する部分については図１及び図３に付した符号の数字に１００を加えた数の符号を付してある。第１のラックギヤ１２３及び第１のセクターギヤ１２５の形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ１２７及び第２のセクターギヤ１２９の形状、大きさ及びその位置関係とは、第１の仮想中心線１０３に対して第２の仮想中心線１０７が相対的に回転する際に仮想平面上に生ずる第２の仮想中心線１０７の回転中心３３と第１の仮想中心線１０３との間の最短距離Ｌ１及びこの回転中心と第２の仮想中心線１０７との間の最短距離Ｌ２が常に完全に一定になるように定められている。回転中心３３は、平面上のある物の運動がある点回りの回転運動とみなすことができる場合におけるその点を意味する。したがって、第２の仮想中心線７が運動する際にある点との間の最短距離が一定であれば、第２の仮想中心線７はその点を回転中心とする回転運動をしていることになる。この場合、第１及び第２のラックギヤ１２３，１２７は、図面上のほぼ左方向に進むに従って半径が小さくなっていき且つ図面上のほぼ上方向に凸状に湾曲している。また、第１及び第２のセクターギヤ１２５，１２９は、図面上のほぼ左方向に進むに従って半径が小さくなっていき且つ図面のほぼ下方向に凸状に湾曲している。図４において、第１及び第２のラックギヤ１２３，１２７と第１及び第２のセクターギヤ１２５，１２９の複数の歯は省略されているが、第１及び第２のラックギヤ１２３，１２７と第１及び第２のセクターギヤ１２５，１２９とがそれぞれ噛み合う部分の長さはほぼ同じ長さとなっている。この本発明の他の実施の形態により、理想的な回転伸縮リンク機構を実現することができる。

本発明の実施の形態は、図１に示すように第１のセクターギヤ２５を第１ラックギヤ２３に対して転動させる駆動力、第１のセクターギヤ２５を第１の仮想中心線３に添って直動させる駆動力、第２のセクターギヤ２９を第２のラックギヤ２７に対して転動させる駆動力及び第２のセクターギヤ２９を第２の仮想中心線７に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの駆動力を発生する駆動力付与機構３５を更に備えている。この駆動力付与機構３５は、回転伸縮リンク機構１１を駆動するために設けられている。本実施の形態では、具体的な駆動力付与機構３５として、第１及び第２の仮想中心線３，７間の交差点上に仮想平面３１に対して軸線が垂直に延び且つ第１及び第２のセクターギヤ２５，２９を回転自在に貫通する共通軸３７と、共通軸３７に支持されたプーリ３９に掛かって第１及び第２の仮想中心線３，７の両方に沿って伸びる駆動ロープ４１と、駆動ロープ４１を巻き取るロープ巻き取り装置と、駆動ロープ４１の張力を自在に発生するロープ張力発生機構４３とを備えている。プーリ３９は、駆動ロープ４１が巻き付けられて共通軸３７の軸を中心に回転する滑車である。駆動ロープ４１には、ワイヤロープが用いられているが、強度の高いロープであればどのような材質を用いてもよいのはもちろんである。ロープ巻き取り装置４３及びロープ張力発生機構４３は、特に図示されていないモータを駆動源としているが、駆動源となるものであればモータに限られるものではない。そして、ロープ巻き取り装置４３から引き出された駆動ロープ４１の先端は第１のリンク５または第２のリンク９の一方に固定されており、駆動ロープ４１はロープ巻き取り装置４３により巻き取られること及びロープ張力出力発生機構により張力が与えられる。これにより、第１のセクターギヤ２５を第１の仮想中心線３に沿って直動させる駆動力および第２のセクターギヤ２９を第２の仮想中心線７に沿って直動させる駆動力の両方を発生することができる。

上記のロープ張力発生機構４３を中心とした駆動力付与機構３５では、外力が働かない限り駆動ロープ４１を引き出すことができない。そこで、第１のリンク５と第２のリンク９との間には、第１の仮想中心線３と第２の仮想中心線７とを相対的に回転させようとする力を常時発生する復帰機構が設けられている。本実施の形態では復帰機構としてばね４７が用いられている。このようにばね４７を用いると、駆動力付与機構３５において駆動ロープ４１の巻き取り及び引き出しに必要な駆動ロープ４１に張力を与えることができ、さらに駆動ロープ４１のたわみを防止することができるために回転伸縮リンク機構に剛性を与えることができる。

本実施の形態は、第１及び第２の対向壁部１５，１７の間に第２のリンク９が位置するように構成されている。すなわち、第２のリンク９の第１の被対向壁部１９と第２の被対向壁部２１とを所定の間隔をあけて配置し、第１の対向壁部１５、第１の被対向壁部１９、第２の被対向壁部２１及び第２の対向壁部１７の順番に交互に並ぶように第１のリンク５と第２のリンク９とが組み合わされて構成されている。このようにすると、少ない部品数でしかもコンパクトに回転伸縮リンク機構を構成することができる。その結果、回転伸縮リンク機構の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、第２のリンク９の第１の被対向壁部１９と第２の被対向壁部２１とが所定の間隔をあけて配置されて第１のリンク５と第２のリンク９とが組み合わせられる場合の組み合わせは上記の例に限られず、第１の対向壁部１５、第１の被対向壁部１９、第２の対向壁部１７及び第２の被対向壁部２１の順番に交互に並ぶようにしてもよい。このような組み合わせにしても、少ない部品数でしかもコンパクトに回転伸縮リンク機構を構成することができる。

なお、特に図示していないが、本実施の形態を、第１のリンク５の第１の対向壁部１５及び第２のリンク９の第１の被対向壁部１９の少なくとも一方を、対応する仮想中心線方向の長さが機械的に調節できるように構成することができる。機械的に調整する方法としては、第１及び第２のリンク５，９を第１及び第２の仮想中心線３，７方向にスライド可能なスライド機構を介して結合される二つの分割リンクと、これら二つの分割リンクとスライド機構とを固定状態にする構造とにより構成する。固定状態にする構造としては、ビス止め等を用いることができる。このようにリンクの長さを機械的に調整できるようにすると、用途に応じてリンクの長さを設定できるので、リンクの種類を多種類用意する必要がなくなって、汎用性が高くなる。また、貫通孔１５ａ，２１ａ内にビス止めすることにより突起２５ｂ，２９ｂが貫通孔１５ａ，２１ａ内をスライドする距離を制限する方法等がある。これにより、回転伸縮リンク機構の可動範囲を調整したい場合でも、部品を取り替える必要がない。

図５は、本発明の更に他の実施の形態及びその駆動状態を示す平面図である。この図において、図１及び図３に示した実施の形態と共通する部分については図１及び図３に符号の数字に２００を加えた数の符号を付してある。回転伸縮関節機構２１１は、壁２１９に設けられて第２の仮想中心線２０７に沿って延びる第１のラックギヤ２２３と、第１の仮想中心線２０３に沿ってスライドするように壁２１５にスライド可能に支持された第１のセクターギヤ２２５と、第１のラックギヤ２２３及び第１のセクターギヤ２２５の間に位置して両者と噛み合って回転する第１の反転ギヤ５３と、第２の対向壁部２１７に設けられて第１の仮想中心線３に沿って延びる第２のラックギヤ２２７と、第２の仮想中心線２０７に沿ってスライドするように第２の被対向壁部２２１にスライド可能に支持された第２のセクターギヤ２２９と、第２のラックギヤ２２７と第２のセクターギヤ２２９との間に位置して両者と噛み合って回転する第２の反転ギヤ５５とを備えている。図１及び図３に示す実施の形態と比較すると、本実施の形態では、第１及び第２のリンク２０５，２０９、第１及び第２のラックギヤ２２３，２２７及び第１及び第２のセクターギヤ２２５，２２９が、図１及び図３に示す実施の形態における第１及び第２のリンク５，９、第１及び第２のラックギヤ２３，２７及び第１及び第２のセクターギヤ２５，２９に対してすべて反転した状態で構成されている。そして、第１及び第２の反転ギヤ５３，５５は第１及び第２のラックギヤ２２３，２２７及び第１及び第２のセクターギヤ２２５，２２９の間に挟まれて両者と噛み合うように構成されている。第１及び第２の反転ギヤ５３，５５は、第１及び第２のラックギヤ２２３，２２７及び第１及び第２のセクターギヤ２２５，２２９が直接噛み合うように構成されると、第１のリンク２０５に対して第２のリンク２０９が上側に回転してしまうため、第１のリンク２０５に対して第２のリンク２０９が下側に回転するようにするため採用されている。このような第１及び第２の反転ギヤ５３，５５を用いた回転伸縮リンク機構を採用することにより、第１及び第２のラックギヤ２２３，２２７や第１及び第２のセクターギヤ２２５，２２９を、第１の仮想中心線２０３に対する第２の仮想中心線２０７の回転中心から大きく離すことが可能となり、その回転中心付近の空間をより大きく取ることが可能となる。

この実施の形態では、第１及び第２の仮想中心線２０３，２０７が共に存在する仮想平面に垂直に投影して見る状態において、第１のラックギヤ２２３に対する第１のセクターギヤ２２５の相対的な回転量ＲＱ２０１及び回転方向ＲＤ２０１と第２のラックギヤ２２７に対する第２のセクターギヤ２２９の相対的な回転量ＲＱ２０２及び回転方向ＲＤ２０２については、回転量ＲＱ２０１及びＲＱ２０２が等しく且つ回転方向ＲＤ２０１及びＲＤ２０２が逆になり、第１のセクターギヤ２２５の第１の仮想中心線２０３に沿うスライド量ＳＱ２０１及びスライド方向ＳＤ２０１と第２のセクターギヤ２２９の第２の仮想中心線７に沿うスライド量ＳＱ２０２及びスライド方向ＳＤ２０２については、スライド量ＳＱ２０１及びＳＱ２０２が等しく且つスライド方向ＳＤ２０１及びＳＤ２０２が相対的に逆方向になるように、第１のラックギヤ２２３、第１のセクターギヤ２２５及び反転ギヤ５３の形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ２２７、第２のセクターギヤ２２９及び第２の反転ギヤ５５の形状、大きさ及びその位置関係とを定められている。このように第１のラックギヤ２２３、第１のセクターギヤ２２５及び反転ギヤ５３の形状、大きさ及びその位置関係と、第２のラックギヤ２２７、第２のセクターギヤ２２９及び第２の反転ギヤ５５の形状、大きさ及びその位置関係とを定めると、第１及び第２の反転ギヤ５３，５５を用いた構成を採用しても、第１のリンク２０５に対する第２のリンク２０９の転動運動及び伸縮運動を一義的に定めることができる。

この実施の形態においては、更に、第１の反転ギヤ５３及び第１のセクターギヤ２２５を第１のラックギヤ２２３に対して転動させる駆動力、第１のセクターギヤ２２５を第１の仮想中心線３に添って直動させる駆動力、第２の反転ギヤ５５及び第２のセクターギヤ２２９をラックギヤ２２７に対して転動させる駆動力及び第２のセクターギヤ２２９を第２の仮想中心線７に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの駆動力を発生する駆動力付与機構２３５を備えることができる。これにより、第１及び第２の反転ギヤ５３，５５を用いた場合でも、回転伸縮リンク機構を駆動することができる。

図６は、回転伸縮リンク機構を複数組み合わせた場合の実施の形態を示す平面図である。この実施の形態では、回転伸縮リンク機構を直列に３つ接続することによりシリアル多関節機構５７を構成している。接続する回転伸縮リンク機構の個数は、必要に応じていくつでもよい。このように回転伸縮リンク機構を組み合わせてシリアル多関節機構５７を構成すると、複雑な動作を実現することができる。

このシリアル多関節機構の実施の形態においては、３つの回転伸縮関節機構を駆動するために付加された駆動ロープ４１を、それを巻き取ったり引き伸ばしたりするロープ巻き取り装置４３及びロープ張力出力発生機構４３との間に存在する他の全ての回転伸縮関節機構内のプーリ３９を介して引き回わされるように構成されている。このようにすると、駆動ロープを巻き取ったり引き伸ばしたりするロープ巻き取り装置４３及びロープ張力出力発生機構４５のすべてを運動しない基部に配置することができるため，シリアル多関節機構の運動する部分の質量を軽くすることが容易となる。

なお、図７、本実施の形態を具体的に製品化した場合の構造を示す斜視図であり、図８はこの図７の構造を人体に適用した場合の状態を示す図である。

以上、本発明の本実施の形態について説明したが、以下、特許請求の範囲に記載した発明以外の他の発明の特徴を列記する。

［１］第１乃至第ｎ（ｎは正の整数）のリンクが第１乃至第（ｎ−１）の回転伸縮関節機構を介して直列接続されており、前記第１乃至第ｎのリンクの各仮想中心線が直線状に重なっている状態で第１乃至第ｎのリンクは直線的に並んでおり、
前記第１乃至第ｎ−１の回転伸縮関節機構が、前段のリンクに対して後段のリンクが前段の仮想中心線と後段の仮想中心線とが重なっている状態から前記前段の仮想中心線に対して前記後段の仮想中心線が回転する際に、前記前段の仮想中心線と前記後段の仮想中心線との交差点が前記前段の仮想中心線上を変位するように構成されている回転伸縮リンク機構であって、
前記前段のリンクは所定の間隔をあけて対向する第１及び第２の対向壁部を有しており、
前記後段のリンクは前記第１の対向壁部と対向する第１の被対向壁部と前記第２の対向壁部と対向する第２の被対向壁部とを有しており、
前記回転伸縮関節機構は、前記第１の被対向壁部に設けられて前記後段の仮想中心線に沿って延びる第１のラックギヤと、前記第１のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて前記第１のラックギヤ上を回動し且つ前記前段の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤと、前記第２の対向壁部に設けられて前記前段の仮想中心線に沿って延びる第２のラックギヤと、前記第２のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて前記第２のラックギヤ上を回動し且つ前記後段の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤとを備えていることを特徴とする回転伸縮リンク機構。

［２］前記第１のラックギヤに対する前記第１のセクターギヤの相対的な回転方向と前記第２のラックギヤに対する第２のセクターギヤの相対的な回転方向とが逆になり、前記１のセクターギヤの前記前段の仮想中心線に沿うスライド方向と第２のセクターギヤの前記後段の仮想中心線に沿うスライド方向とが相対的に逆方向になるように、前記第１のラックギヤ及び前記第１のセクターギヤの位置関係、前記第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの位置関係、前記第１のラックギヤ及び前記第２のラックギヤの位置関係並びに前記第１のセクターギヤ及び第２のセクターギヤの位置関係が定められていることを特徴とする上記［１］に記載の回転伸縮リンク機構。

［３］前記第１及び第２のセクターギヤの回転中心が、前記前段の仮想中心線と前記後段の仮想中心線との交差点の回転中心よりも、外側に位置するように、前記第１のラックギヤ及び前記第１のセクターギヤの位置関係並びに前記第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの位置関係が定められている上記［２］に記載の回転伸縮リンク機構。

［４］第１乃至前記（ｎ−１）の回転伸縮関節機構の前記第２のセクターギヤを前記第２のラックギヤに対して回動させる駆動力を前記第２のセクターギヤにそれぞれ同期して付与する駆動力付与機構を更に備えている上記［１］に記載の回転伸縮リンク機構。

［５］上記［１］乃至［４］に記載の回転伸縮リンク機構は、指等の複数の関節を有する骨格に対して、前記関節の回転中心よりも径方向外側に位置するように配置されて、前記骨格の動きに応じて変形するように構成されており、
第１乃至前記（ｎ−１）の回転伸縮関節機構における前記前段の仮想中心線と前記後段の仮想中心線との交差点の回転中心が前記関節の回転中心と実質的に一致するように、前記第１及び第２のラックギヤの形状及び前記第１及び第２のセクターギヤの形状が定められていることを特徴とする回転伸縮リンク機構。

本発明の回転伸縮リンク機構の一実施の形態の構成を示す斜視図本発明の回転伸縮リンク機構の実施の形態の回転運動を行う前の状態の主要部の構成を示す斜視図図２Ａの分解斜視図図２Ａの実施の形態の動作を説明するために用いる図図２Ａの実施の形態の駆動状態を示す斜視図及びその平面図本発明の回転伸縮リンク機構の他の実施の形態の構成概略的に示す図図２Ａにおけるさらに他の実施の形態及びその駆動状態を示す平面図回転伸縮リンク機構を複数組み合わせた場合の実施の形態を示す平面図本発明の実施の形態を具体的に製品化した場合の構造を示す斜視図本発明の実施の形態を具体的に製品化した場合の構造を示す平面図本発明の従来技術を示す概略図及び本発明の実施の形態の概略図

符号の説明

１回転伸縮リンク機構
３，１０３，２０３第１の仮想中心線
５，２０５第１のリンク
７，１０７，２０７第２の仮想中心線
９，２０９第２のリンク
１１，２１１回転伸縮関節機構
１３交差点
１５，２１５第１の対向壁部
１７，２１７第２の対向壁部
１９，２１９第１の被対向壁部
２１，２２１第２の被対向壁部
１５ａ，２１ａ貫通孔
２３，１２３，２２３第１のラックギヤ
２５，１２５，２２５第１のセクターギヤ
２７，１２７，２２７第２のラックギヤ
２９，１２９，２２９第２のセクターギヤ
２５ａ，２９ａ複数の歯
２５ｂ，２９ｂ突起
３１仮想平面
３３回転中心
Ｌ１，Ｌ２最短距離
３５駆動力付与機構
３７共通軸
３９プーリ
４１駆動ロープ
４３ロープ巻き取り装置（ロープ張力出力発生機構）
４５ロープ張力出力発生機構
４７ばね
５３第１の反転ギヤ
５５第２の反転ギヤ
５７シリアル多関節機構

Claims

第１の仮想中心線を有する第１のリンクと第２の仮想中心線を有する第２のリンクとが、回転伸縮関節機構を介して連結されている回転伸縮リンク機構であって、
前記回転伸縮関節機構は、前記第１の仮想中心線と前記第２の仮想中心線とが重なっている状態から前記第１の仮想中心線に対して前記第２の仮想中心線が交差しながら回転する際に、前記第１の仮想中心線と前記第２の仮想中心線との交差点が前記第１の仮想中心線上をその回転角に応じる所定の距離だけ変位するように前記第１及び第２のリンクを連結するように構成されていることを特徴とする回転伸縮リンク機構。
前記第１のリンクは所定の間隔をあけて対向する第１及び第２の対向壁部を有しており、
前記第２のリンクは前記第１の対向壁部と対向する第１の被対向壁部と前記第２の対向壁部と対向する第２の被対向壁部とを有しており、
前記回転伸縮関節機構は、前記第１の被対向壁部に設けられて前記第２の仮想中心線に沿って延びる第１のラックギヤと、前記第１のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて前記第１のラックギヤ上を転動し且つ前記第１の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤと、前記第２の対向壁部に設けられて前記第１の仮想中心線に沿って延びる第２のラックギヤと、前記第２のラックギヤと噛み合う複数の歯を備えて前記第２のラックギヤ上を転動し且つ前記第２の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１及び第２の仮想中心線が共に存在する仮想平面へ垂直に投影して見る状態において、前記第１のラックギヤに対する前記第１のセクターギヤの相対的な第１の回転量及び第１の回転方向と前記第２のラックギヤに対する前記第２のセクターギヤの相対的な第２の回転量及び第２の回転方向については、前記第１及び第２の回転量が等しく且つ前記第１及び第２の回転方向が逆になり、前記第１のセクターギヤの前記第１の仮想中心線に沿う第１のスライド量及び第１のスライド方向と前記第２のセクターギヤの前記第２の仮想中心線に沿う第２のスライド量及び第２のスライド方向については、前記第１及び第２のスライド量が等しく且つ前記第１及び第２のスライド方向が相対的に逆方向になるように、前記第１のラックギヤ及び前記第１のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、前記第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係とが定められていることを特徴とする請求項２に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１の仮想中心線に対して第２の仮想中心線が相対的に回転する際に前記仮想平面上に生ずる前記第２の仮想中心線の回転中心と前記第１の仮想中心線との間の最短距離及び前記回転中心と前記第２の仮想中心線との間の最短距離が常に実質的に一定になるように、前記第１のラックギヤ及び前記第１のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、前記第２のラックギヤ及び第２のセクターギヤの形状、大きさ及びその位置関係とが定められていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１のセクターギヤを前記第１のラックギヤに対して転動させる駆動力、前記第１のセクターギヤを前記第１の仮想中心線に添って直動させる駆動力、前記第２のセクターギヤを前記第２のラックギヤに対して転動させる駆動力及び前記第２のセクターギヤを前記第２の仮想中心線に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの前記駆動力を発生する駆動力付与機構を更に備えている請求項２に記載の回転伸縮リンク機構。
前記駆動力付与機構は、
前記第１及び第２の仮想中心線間の交差点上に前記仮想平面に対して軸線が垂直に延び且つ前記第１及び第２のセクターギヤを回転自在に貫通する共通軸と、
前記共通軸に支持されたプーリと、
前記プーリに掛かって前記第１及び第２の仮想中心線の両方に沿って伸びる駆動ロープと、
前記駆動ロープを巻き取るロープ巻き取り装置と、
前記駆動ロープの張力を自在に発生するロープ張力発生機構とを備え、
前記ロープ巻き取り装置から引き出された前記駆動ロープの先端が前記第１のリンクまたは第２のリンクの一方に固定されており、
前記駆動ロープが前記ロープ巻き取り装置により巻き取られること及び前記ロープ張力出力発生機構により張力が与えられることにより、前記第１のセクターギヤを前記第１の仮想中心線に沿って直動させる駆動力および前記第２のセクターギヤを前記第２の仮想中心線に沿って直動させる駆動力の両方を発生することを特徴とする請求項５に記載の回転伸縮関節機構。
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの間には、前記第１の仮想中心線と前記第２の仮想中心線とを相対的に回転させようとする力を常時発生する復帰機構が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１及び第２の対向壁部の間に前記第２のリンクの前記第１の被対向壁部と前記第２の被対向壁部が位置していることを特徴とする請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第２のリンクの前記第１の被対向壁部と前記第２の被対向壁部とは所定の間隔をあけて配置されており、
前記第１の対向壁部、前記第１の被対向壁部、前記第２の被対向壁部及び前記第２の対向壁部の順番に交互に並ぶように前記第１のリンクと前記第２のリンクとが組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第２のリンクの前記第１の被対向壁部と前記第２の被対向壁部とは所定の間隔をあけて配置されており、
前記第１の対向壁部、前記第１の被対向壁部、前記第２の対向壁部及び前記第２の被対向壁部の順番に交互に並ぶように前記第１のリンクと前記第２のリンクとが組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１のセクターギヤ及び前記第１の対向壁部の一方並びに前記第２のセクターギヤ及び前記第２の被対向壁部の一方にそれぞれスライド用凸部が設けられ、前記第１のセクターギヤ及び前記第１の対向壁部の他方並びに前記第２のセクターギヤ及び前記第２の被対向壁部の他方に前記スライド用凸部がスライド可能に嵌合されるスライド用凹部がそれぞれ設けられている請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１のリンクの対向壁部及び前記第２のリンクの被対向壁部の少なくとも一方は、対応する前記仮想中心線方向の長さを機械的に調節できるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転伸縮リンク機構。
前記回転伸縮関節機構は、
前記第１の被対向壁部に設けられて前記第２の仮想中心線に沿って延びる第１のラックギヤと、第１の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第１の対向壁部にスライド可能に支持された第１のセクターギヤと、前記第１のラックギヤ及び前記第１のセクターギヤの間に位置して両者と噛み合って回転する第１の反転ギヤと、
前記第２の対向壁部に設けられて前記第１の仮想中心線に沿って延びる第２のラックギヤと、前記第２の仮想中心線に沿ってスライドするように前記第２の被対向壁部にスライド可能に支持された第２のセクターギヤと、前記第２のラックギヤと前記第２のセクターギヤとの間に位置して両者と噛み合って回転する第２の反転ギヤとを備えていることを特徴とすることを請求項１に記載の回転伸縮リンク機構。
前記第１及び第２の仮想中心線が共に存在する仮想平面に垂直に投影して見る状態において、前記第１のラックギヤに対する前記第１のセクターギヤの相対的な第１の回転量及び第１の回転方向と前記第２のラックギヤに対する第２のセクターギヤの相対的な第２の回転量及び第２の回転方向については、前記第１及び第２の回転量が等しく且つ前記第１及び第２の回転方向が逆になり、前記１のセクターギヤの前記第１の仮想中心線に沿う第１のスライド量及び第１のスライド方向と第２のセクターギヤの前記第２の仮想中心線に沿う第２のスライド量及び第２のスライド方向については、前記第１及び第２のスライド量が等しく且つ前記第１及び第２のスライド方向が相対的に逆方向になるように、前記第１のラックギヤ、前記第１のセクターギヤ及び前記第１の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係と、前記第２のラックギヤ、第２のセクターギヤ及び前記第２の反転ギヤの形状、大きさ及びその位置関係とが定められていることを特徴とする請求項１３に記載の回転伸縮リンク機構。
第１の反転ギヤ及び前記第１のセクターギヤを前記第１のラックギヤに対して転動させる駆動力、前記第１のセクターギヤを前記第１の仮想中心線に添って直動させる駆動力、第２の反転ギヤ及び前記第２のセクターギヤを前記第２のラックギヤに対して転動させる駆動力及び前記第２のセクターギヤを前記第２の仮想中心線に添って直動させる駆動力のうち、少なくとも一つの前記駆動力を発生する駆動力付与機構を更に備えている請求項１４に記載の回転伸縮リンク機構。
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の回転伸縮リンク機構が直列に複数個接続されて構成されるシリアル多関節機構。
回転伸縮関節機構を駆動するために付加された前記駆動ロープが、それを巻き取ったり引き伸ばしたりする前記ロープ巻き取り装置及び前記ロープ張力出力発生機構との間に存在する他の全ての回転伸縮関節機構内のプーリを介して引き回わされる請求項１６に記載のシリアル多関節機構。