JPH03111182A

JPH03111182A - ３次元運動機構

Info

Publication number: JPH03111182A
Application number: JP24516289A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirose; 茂男広瀬
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-10
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH074777B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、ビルのコーナ一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
するためには、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
、しかも膨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
ものどなっていた。

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ヨイントを介して
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
ムは支持ロンドに嵌合され、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
ト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詳細な説明する。

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３３、・・・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
ルジヨイント８あるいはユニバーサルジヨイントを介し
て胴体２に回動自在に連結されている。また、その先端
は、−直線上にない３点においてそれぞれボールジヨイ
ント９あるいはユニバーサルジヨ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
サルジヨイント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、支持ロット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１５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　０分岐アーム部１７ａ、１７ａを有するＶアーム１７の基
端部に、ボールジヨイント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１．４．　ｓ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、ユニバーサルジヨイント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ヨイント１９は、■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
ールジヨイント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。

■アーム１７の分岐アーム部１７ａ、１７ａの先端には
、平行保持機構２０．２０の一端がそれぞれ連結されて
いる。

１第４図に示されているように、その平行保持機構２０は
、可撓性デユープ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、インチケーブル
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の基本構造の原理な２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０においてユニバーサルジヨイントにより胴体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６８，６□、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６Ｉ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６□、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６ｇ、６．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
の取り付は点ＰもＹ軸のまわりに回転する。また、アク
チュエータ６２．６３の一方を伸長させるとともに他方
を収縮させると、脚フ　３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６１．６
□、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ト１２に
より支持されるので、アクチュエ〜り６１．６□、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６＋　、６２．６３を１点において脚フレーム１
０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　４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６□、６２．
６ｓ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６、．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６＋　、６
２．６ｓ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６□、６□
、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
，６□、６３は軸線方向の荷重を負担す　５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２ｏ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○で支
持ロッド１２が回動自在に支持され、その支持ロッド１
２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５６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０１２間を収縮させたとすると、点に、Ｌ間の間隔は
広がる。逆に、点０１２間の間隔を広げると、点に、Ｌ
は互いに近づく。

そして、点０２２間の間隔の変化量と点に、　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、点りと胴体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を通して点にと壁
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０．Ｍ間の距離と点Ｐ、Ｎ間の距離と
は等し　７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十ＭＮ＝一定となる。

したがって、当初　ＯＰ＝ＭＮ　　としておけば、点０
．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＝　Ｐ　Ｎ　　であるから、四角形Ｏ
ＭＮＰ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
２１．２２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　８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ｌ
Ｏにユニバーサルジヨイント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、■アーム１
７に対してボールジヨイント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　９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はボールジヨイント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絹の脚機構３を　０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１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
２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１
５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１．４　ｓによって付勢さ
れているのみで、ボールジヨイント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　３に、ビルのコーナ一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、平行保持機構２０として
アウタケーブル２１とインナケーブル２２とからなるも
のを用いることとしているが、その平行保持機構２０と
しては、従来周知の平行リンクや油圧機構等からなるも
のを用いることもできる。しかしながら、ロボット】の
脚機構３のためには、軽量でコンバク］・に構成するこ
とのできる上記実施例のような機構が望ましい。

また、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
支持ロット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と支持ロット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てき　４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　５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　
６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　７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　８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
バーサルジヨ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、その支持ロット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。

　９

【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　０図、第１０図は、そのロボットがビルのコーナ一部などを横
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。 ■・・・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８９・・・ボールジヨイントＯ・・・脚フレーム（自由端フレーム）１・・・スプラ
イン軸　　　１２・・・支持ロッド３・・・ユニバーサ
ルジヨイント１４・・・支持アーム　　　１５・・・吸着盤７・・・Ｖ
アーム　　　１８・・・ポールジョイン］・９・・・ユ
ニバーサルジヨイントＯ・・・平行保持機構１・・・アウタケーブル２・・・インナケーブル０・・・マニピュレータト・・腕機構（３次元運動機構）２・・・伸縮アクチュエータ３・・・支持ロッド　　　３４・・・天井（基体）５・
・・自由端フレーム６・・・グリッパ（効果器ユニツ］・）７・・・平行保
持機構Ｏ・・・搬送装置１・・・支持脚（３次元運動機構）２・・・床（基体）３・・・支持台（効果器ユニット）４・・・平行保持機構２第１図第２図第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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ており、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い
る、請求項１記載の３次元運動機構。
（３）前記平行保持機構が、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つて構成さ
れている、請求項２記載の３次元運動機構。