TWI603825B - 機器人的旋轉驅動機構 - Google Patents

Description

機器人的旋轉驅動機構 發明領域

本發明是有關於一種旋轉驅動機構，該旋轉驅動機構是用以驅動機器人的一部分即複數個構件，使構件彼此作相對旋轉。

發明背景

近年來，不只是產業用機器人，連作為民生用在內而擔負各種任務之機器人的研發盛行。在機器人當中，可做直立行走之人型機器人(仿人型機器人：humanoid robot)也被期待能作為替代人的行動者。在如此之人型機器人，為了模仿人的動作，而設有很多關節部，又，在該關節部中具有複數自由度，以謀求多樣化的動作。

例如，在專利文獻1之圖6揭示有機器人的腳部的關節構造。具體來說，位於腳部上側之大腿部與位於腳部下側之下腿部是連接在盤狀構件而形成旋轉自如之狀態。接著，各構件被配置成：於腳部成為伸展地最長之狀態時，使盤狀構件及、大腿部側之擋止件與下腿部側之擋止件抵接者。藉如此構成，成為在機器人伸直腳部直立時，藉機 器人本身重量，使各擋止件與盤狀構件抵接之狀態，因此可將機器人之該直立狀態維持較為穩定。又，為了該直立時之擋止件與盤狀構件之抵接狀態，也採用了在大腿部側與下腿部側分別設置彈簧，以付與彈性力之構成。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：國際公開公報第2013/084789號

發明概要

如同機器人一部分即腳部或臂部，在將複數構件各自旋轉自如地連接在關節部之構成(以下稱之為「機器人構成部」)中，為了盡可能地擴展機器人的可動範圍，提高該萬用性，所以盡可能地擴大在各關節部之構件彼此的旋轉範圍，也是較好的。惟，一般來說，也是一種構造體，該構造體為在形成機器人構成部之各構件之內部，除了強化剛性用之骨骼構造，還容納很多用以驅動各關節部之致動器或電纜線、信號纜線等之電性零組件，各零組件具有預定的大小。

為此，在機器人構成部之各構件被驅動相互旋轉時，要使以各自的大小所畫定之外側表面彼此接觸，且不相干擾之範圍內，決定各構件的可動範圍時，使得要大幅地獲取該可動範圍的情況是有困難的。另一方面，為了迴避機器人構成部之各構件的干擾，必須要挖掘干擾之處的 各構件之外側表面等，加以預定的變形，但此時，不得不變更各構件之內部的骨骼構造或電性零組件的配置等，使機器人的設計自由度大大降低。

本發明是有鑑於上述問題點而所創建者，其目的在於提供一種旋轉驅動機構，該旋轉驅動機構是設在於機器人中被驅動而相對旋轉的兩個構件間，無須對兩構件之外側表面的形狀做大幅變更，且能夠盡可能地大幅度地獲取兩構件間之旋轉範圍。

在本發明中，為解決上述課題，而將相當於作相對旋轉移動之第1構件與第2構件間之關節部之構成，採用了藉第1連桿部與第2連桿部而將兩構件付與關聯之構成，該第1連桿部是連接第1構件與第2構件而成為其等各自旋轉自如，該第2連桿部是將第1構件側之第1支撐軸與第2構件側之第2支撐軸間之軸間距離為一定者。藉此，可在第1構件與第2構件之間確保旋轉驅動用之空間，且可迴避兩構件之干擾。

詳細來說，本發明之旋轉驅動機構是一種旋轉驅動機構，用以經由具有直動式輸出軸之直動式致動器，而將機器人一部分即第1構件及第2構件驅動，使該等在預定的旋轉驅動面上作相對旋轉，且包含有：第1連桿部，使前述直動式致動器之輸出軸連接，配置成經由第1旋轉軸而相對於前述第1構件旋轉自如，且配置成經由第2旋轉軸而相對於前述第2構件側旋轉自如，該第1旋轉軸與該第2旋轉軸 間之軸間距離是設定為一預定距離，該預定距離為可驅動該第1構件與該第2構件使其等在前述預定的旋轉驅動面上旋轉；及第2連桿部，連接於設在前述第1構件構之第1支撐軸與設於前述第2構件側之第2支撐軸，使該第1支撐軸與該第2支撐軸間之軸間距離為一定。其次，並且相對於該第1旋轉軸與該第2旋轉軸，而將該第1支撐軸與該第2支撐軸配置成於前述預定的旋轉驅動面上將前述第1支撐軸與前述第2支撐軸連起來的直線，與將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線交叉。

本發明之旋轉驅動機構是用以實現第1構件與第2構件之相對旋轉驅動之機構，包含有第1連桿部及第2連桿部。第1連桿部是將第1構件與第2構件連接之連桿構件，使該等分別經由第1旋轉軸及第2旋轉軸而形成為旋轉自如之狀態。因此，第1構件與第2構件是被驅動而使該等作相對旋轉者，但各構件不是直接連接成可相互旋轉，而是經由第1連桿部而連接各構件使其等可以不同的旋轉軸旋轉。該各構件之旋轉面是相當於上述之預定的旋轉驅動面。為此，在以第1旋轉軸為中心旋轉之第1構件與以第2旋轉軸為中心之第2構件之間，形成有與兩旋轉軸間之軸間距離即預定距離對應之隔離空間，因此藉該隔離空間之存在，使第1構件與第2構件在於預定的旋轉驅動面之旋轉驅動上不容易被干擾。藉此，能實現第1構件與第2構件之相對的旋轉驅動為更寬廣之範圍。

另一方面，將第1構件與第2構件分別以第1旋轉 軸與第2旋轉軸連接，以於第1構件與第2構件間之相對的旋轉驅動上，兩構件是在構造上成為獨立而不相干之狀態。在此，經由第2連桿部而使兩構件連接。具體來說，如上述，在設於第1構件側之第1支撐軸與設於第2構件側之第2支撐軸之軸間距離成為一定之狀態下，使第2連桿部與兩支撐軸連接。其次，在預定的旋轉驅動面上，在成為將第1支撐軸與第2支撐軸連起來的直線與將第1旋轉軸與第2旋轉軸連起來的直線交叉之狀態下配置該等4個軸，以此能在藉第2連桿部而使第1支撐軸與第2支撐軸間之距離成為一定的狀態下，進行第1構件與第2構件之相對的旋轉驅動。

由上，本發明之旋轉驅動機構，一從直動式致動器付與輸出，例如第1構件就被驅動，以第1旋轉軸為中心而相對於第1連桿部旋轉。此時，第1構件是經由第2構件與第2連桿部連接，因此第2構件與第1構件之旋轉連動而被驅動，即以第2旋轉軸為中心相對於第1連桿部旋轉，因此使第1構件與第2構件之相對的旋轉驅動就能予以實現。依如此之本發明之旋轉驅動機構，能藉一個直動式致動器，而實現以不同的2個旋轉軸連接之第1構件與第2構件之相對的旋轉驅動，因此可將致動器配置所需的空間容積縮小，又，能盡可能地迴避兩構件之干擾。結果無須對第1構件與第2構件之外側表面的形狀做大幅度變更，且能盡可能地大幅度地獲取兩構件間之旋轉範圍。

本發明可提供一種旋轉驅動機構，該旋轉驅動機 構設在機器人中被驅動做相對旋轉之2個構件之間，能在無須對兩構件之外側表面之形狀加以做大幅度變更之狀態下盡可能地獲取更廣大的兩構件間之旋轉範圍。

10‧‧‧機器人

11‧‧‧頭部

12‧‧‧照相機

13‧‧‧頸部

14‧‧‧背骨部

14a‧‧‧前方鎖骨部

14b‧‧‧背面鎖骨部

14c‧‧‧前方胸骨部

14d‧‧‧背面胸骨部

15‧‧‧腰骨部

16‧‧‧骨盤部

19‧‧‧彈簧

20‧‧‧驅動單元

50‧‧‧臂部

51‧‧‧第1腕構件

51a‧‧‧板狀架

51c‧‧‧旋轉內側側面

52‧‧‧第2腕構件

52a‧‧‧板狀架

52b‧‧‧基架

52c‧‧‧旋轉內側側面

53‧‧‧第1連桿部

53a‧‧‧壁部

53b‧‧‧橋部

53c‧‧‧基部

53d‧‧‧第1導引貫通孔

53e‧‧‧第2導引貫通孔

54‧‧‧肘關節部

55‧‧‧第2連桿部

56‧‧‧旋轉軸

57‧‧‧致動器

57a‧‧‧輸出軸

57b‧‧‧連接點

61‧‧‧第1旋轉軸

62‧‧‧第2旋轉軸

63‧‧‧第1支撐軸

64‧‧‧第2支撐軸

圖1是適用本發明之旋轉驅動機構之機器人的前視圖。

圖2是圖1所示之機器人的側視圖。

圖3是圖1所示之機器人的後視圖。

圖4是顯示在圖1所示之機器人中，取下臂部及驅動單元之狀態之圖。

圖5是組裝在圖1所示之機器人的臂部之第1實施例之旋轉驅動機構之外觀圖。

圖6是顯示圖5所示之旋轉驅動機構中之連桿構件之動作的第1圖。

圖7是顯示圖5所示之旋轉驅動機構中之連桿構件之動作的第2圖。

圖8是顯示圖5所示之旋轉驅動機構中之連桿構件之動作的第3圖。

圖9是顯示本發明第1實施例之旋轉驅動機構之變形例之第1圖。

圖10是顯示本發明第1實施例之旋轉驅動機構之變形例之第2圖。

圖11是組設在圖1所示之機器人的臂部之第2實施例之旋轉驅動機構之第1外觀圖。

圖12是組設在圖1所示之機器人的臂部之第2實施例之旋轉驅動機構之第2外觀圖。

較佳實施例之詳細說明

以下根據附圖，說明本發明具體的實施形態。本實施例所記載之構成零件之尺寸、材質、形狀、該相對位置等，只要沒有特別記載，其旨趣並不是將發明的技術性範圍只限定於該等者。

(實施例1)

<機器人10之構成>

根據圖1至圖3，針對載設有本發明之旋轉驅動機構之機器人10之概略構成予以說明。圖1是機器人10之前視圖，圖2是機器人10之左側視圖，圖3是機器人10的後視圖。另，在本實施例中，當令機器人10之行進方向為x軸正向，從機器10觀看其左手方向為y軸正向，機器人10中之反重力方向為z軸正向時，x軸為滾轉(roll)軸，y軸為俯仰(pitch)軸，z軸為偏轉(yaw)軸。因此，繞x軸的旋轉成為滾轉動作，繞y軸的旋轉成為俯仰動作，繞z軸的旋轉成為偏轉動作。又，在本實施例中之上方向是z軸正向，即為反重力方向，另一方面，下方向是z軸負向，即為重力方向，左右方向為從機器人10來看時之左右方向，y軸正向為左方向，y軸負向為右方向。

機器人10為人型機器人，具有模仿人的骨骼構造之機體。大概是由以下部分，即，由在圖1中沿z軸方向延 伸形成之背骨部14及後述之板金所形成之各種骨部14a至14d、連結於背骨部14而支撐背骨部14之腰骨部15、進而，支撐腰骨部15且連接有未示於圖中之機器人10之一對腳部之骨盤部16，來形成機器人10之上半身的骨骼構造(以下簡稱為「上半身骨骼構造」)。其次，在背骨部14，連接有機器人10之頸部13，更在其上配置有頭部11。另，在頭部11載設有用以攝影外部之照相機12。經由該頸部13之頭部11與背骨部14之連接，藉此，頭部11可相對於背骨部14進行滾轉動作、偏轉動作，不過該等動作用之機器內部構造並不是構成本發明核心所在，因此在本說明書中省略該詳細的說明。

又，在機器人10，對應於右半身及左上身而分別配置掌管該上半身驅動之驅動單元20。在此，如圖4所示，在背骨部14，於位於機器人10之肩部分之部位，連接有機器人前面側之前方鎖骨部14a及機器人背面側之背面鎖骨部14b。進而，在背骨部14，在位於機器人10之胸部分(較肩部分下方之部位)之部位，連接有機器人前面側之前方胸骨部14c及機器人背面側之背面胸骨部14d。藉該等骨部14a至14d及背骨部14，構成為在將背骨部14夾於其中之機器人10之上半身內之左右形成有預定的空間，在該左右的預定的空間分別收容配置驅動單元20，相對於各骨部14a至14d而連接有驅動單元20。藉此，形成為2個驅動單元20安裝在機器人10內。骨部14a至14d是相對於背骨部14而以平板狀的板金形成，因此驅動單元20相對於背骨部14之安裝能較 為有彈性地實施。

圖4顯示機器人10之左側的臂部50與對應於此之左上半身用之驅動單元20成為一體，從機器人10之上半身骨骼構造卸下之狀態。如此，驅動單元20是構成為可與對應的臂部50一起從機器人10之上半身骨骼構造卸下，以此能適宜地保持機器人10之安裝性或維護性。在該驅動單元20內載置有用以使臂部50俯仰(pitch)旋轉之致動器、及將該致動器的輸出傳遞至臂部50之傳遞機構，不過驅動單元20本身並不是構成本發明核心所在，因此在本說明書中省略該詳細的說明。

<臂部50之構成>

在此根據圖5至圖8，說明臂部50之構成。圖5顯示構成臂部50之2個腕構件，掌管上腕側的第1腕構件51與下腕側的第2腕構件52之相對的旋轉驅動之關節部，即肘關節部54之外觀圖。另，圖5為了容易把握該肘關節部54之構成，而將圖1等所示之覆蓋各腕構件之蓋構件之記載省略。又，圖6至圖8是用以說明形成該肘關節部54之第1連桿部53及第2連桿部55之動作之圖，以沿臂部50之長軸方向之剖面顯示第1腕構件51、第2腕構件52及肘關節部54之剖視圖。

第1腕構件51具有：沿該長軸方向之一對板狀架51a及連接有該一對板狀架51a之基架51b。又，針對第2腕構件52，同樣地也具有：沿該長軸方向之一對板狀架52a及連接有該一對板狀架52a之基架52b。在此，第2腕構件52側之板狀架52a間之距離是設定為與第1腕構件51側之板狀架 51a間之距離大致相同。其次，配置成一對板狀架51a之長軸方向之開口側與一對板狀架52a之長軸方向之開口側互相相向。為此，形成有大致藉一對板狀架51a、52a及基架51b、52b所圍成之空間，而形成為在該所圍成的空間收容用以驅動肘關節部54旋轉之致動器57、及用以將該致動器57之輸出傳遞至各腕構件且相當於本發明之旋轉驅動機構之肘關節部54用之連桿機構之狀態。

首先，針對致動器57予以說明。致動器57是具有伺服馬達、本體部、及沿致動器之軸向而直線移動之輸出軸57a之直動式致動器。在輸出軸57a之外周面形成有螺旋狀的螺紋槽，在本體部，以只容許軸線周圍的旋轉之狀態收容有與輸出軸57a之螺紋槽螺合之球型螺栓(未示於圖中)。然後，伺服馬達與本體部連接，使該球型螺栓旋轉，在本體部內球型螺栓的軸線方向移動受到限制，因此輸出軸57a藉伺服馬達的驅動而沿軸向做直線運動即直動式的運動。

其次，致動器57之輸出軸57a是在構成肘關節部54之第1連桿部53與第2連桿部55中而連接於第1連桿部53。接著，第1連桿部53，如圖5所示，具有從基部53c之兩端同方向突出延伸之2個壁部53a，接著，設有連接兩壁部53a且與基部53c平行之橋部53b。該第1連桿部53是被軸承所支撐，成為相對於第1腕構件51旋轉自如，該旋轉軸是以符號61表示，稱為第1旋轉軸61。進而，第1連桿部53被軸承所支撐，也成為相對於第2腕構件52旋轉自如，該旋轉軸是以符號62表示，稱為第2旋轉軸62。另，第1旋轉軸61與第2旋轉軸62 為相互平行之旋轉軸。

又，在橋部53b連接有致動器57之輸出軸57a，使與第1連桿部53之方向呈可變化之狀態，令該連接點為57b(參考圖6至圖8)。其次，致動器57是配置在第1腕構件51之一對板狀架51a之間，但如後述，致動器57是被軸承所支撐，以形成相對於第1腕構件51，即相對於一對板狀架51a旋轉自如之狀態，俾於從致動器57有輸出付與至第1連桿部53時，可因應第1連桿部53之姿勢來適當地調整致動器57之輸出軸的方向，令該旋轉軸以56表示。即，該旋轉軸56是用以因應藉第1連桿部53在第1旋轉軸61周圍的旋轉所致之輸出軸57a與橋部53b間之連接點57b的位置改變，將致動器57適當地相對於第1腕構件51傾斜者。

如此構成之第1連桿部53是形成二軸關節，即，以第1腕構件51與第2腕構件52分別以第1旋轉軸61與第2旋轉軸62為中介各自地連接成旋轉自如之狀態。此時，第1旋轉軸61與第2旋轉軸62間之軸間距離是相隔預定距離，因此以各旋轉軸為中心旋轉之第1腕構件51及第2腕構件52分別處於難以干擾的狀況。惟，致動器57之輸出軸57a只連接至第1連桿部53側，因此不是一種使致動器57之輸出直接傳遞至第2腕構件62之構成。在此，設有連接第1腕構件51及第2腕構件52之第2連桿部55。

第2連桿部55，如上述，是形成肘關節部54之連桿部之一者。具體來說，第2連桿部55是連接在設置成連接第1腕構件51之一對板狀架51a間之第1支撐軸63、及設置成 連接第2腕構件52之一對板狀架52a間之第2支撐軸64。在此，在旋轉驅動面上，將第1支撐軸63與第2支撐軸64連起來之直線是形成與將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來之直線交叉之狀態下，第1支撐軸63與第2支撐軸64是相對於第1旋轉軸61及第2旋轉軸62配置，並且，第1支撐軸63及第2支撐軸64是成為與第1旋轉軸61及第2旋轉軸62相互平行的軸。藉此，後述之藉致動器57付與之第1腕構件51、第2腕構件52、第1連桿部53、第2連桿部55之旋轉驅動成為在同一旋轉驅動面上進行。其次，第2連桿部55藉該連桿本體而將第1支撐軸63與第2支撐軸64連接，藉此使兩支撐軸間之軸間距離保持一定距離。藉如此構成，可於各自具有旋轉軸之第1腕構件51及第2腕構件53間形成相關，因此可使第2腕構件53與致動器57之輸出連動。另，第2連桿部55是配置成被第1連桿部53的2個壁部53a夾於其中。

在此，第1支撐軸63及第2支撐軸64分別配置成跨越相面對之板狀架51a、52a，在形成為圖5所示之肘關節部54之狀態下，在第1連桿部53之內部形成有：供第1支撐軸63沿其軸長方向***且通過之第1導引貫通孔53d、及供第2支撐軸64沿其軸長方向***且通過之第2導引貫通孔53e(參考圖6至圖8)。更具體地來說，第1導引貫通孔53d是設置於第1連桿部53之2個壁部53a每個，該形狀是沿著第1連桿部53以第1旋轉軸61為中心旋轉時之第1支撐軸63的軌跡延伸形成的形狀，該延伸方向之長度成為第1預定長度。因此，第1導引貫通孔53d，如圖6所示，是在作為該旋轉時之軌跡 而延伸之方向上具有有限度的長度之貫通孔，且構成為在該延伸方向之兩側分別有第1導引貫通孔53d之端部存在。為此，第1支撐軸63是只有在第1導引貫通孔53d之延伸方向的範圍內，可相對於第1連桿部53做相對的移動。

進而，第2導引貫通孔53e設於第1連桿部53之基部53c，該形狀是沿著第1連桿部53以第2旋轉軸62為中心旋轉時之第2支撐軸64之軌跡延伸形成之形狀，在該延伸方向之長度成為第2預定長度。因此，第2導引貫通孔53e，如圖6所示，是在作為該旋轉時之軌跡而延伸之方向上具有有限度的長度之貫通孔，且構成為在該延伸方向之兩側分別有第2導引貫通孔53e之端部存在。為此，第2支撐軸64是只有在第2導引貫通孔53e之延伸方向的範圍內，可相對於第1連桿部53做相對的移動。該等第1導引貫通孔53d及第2導引貫通孔53e相當於本發明之導引貫通孔。

在此，根據圖6至圖8，說明以上述之第1連桿部53及第2連桿部55所形成之肘關節部54之動作。圖6是顯示臂部50筆直地伸長的狀態，即，顯示著第1腕構件51之軸中心與第2腕構件52之軸心在旋轉驅動面位於一直線上之狀態。另，該狀態是相當於本發明之最大伸長狀態。其次，致動器57之輸出軸57a往第1連桿部53側伸出去，藉此漸次地使第2腕構件52相對於第1腕構件51旋轉，而趨彎折(顯示在圖7之狀態)。接著，最後，如圖8所示，形成為第2腕構件52相對於第1腕構件51最為彎曲之狀態，即，由第1腕構件51之旋轉內側側面51c與第2腕構件52之旋轉內側側面 52c形成之角(以下稱為「彎折角度」)成為最小之狀態。以下，就各連桿部的動作作詳細說明。

在圖6所示之最大伸長狀態，成為第1腕構件51及第2腕構件52筆直伸長之狀態。此時，第1腕構件51側之第1支撐軸63，在圖6中，成為抵接於第1導引貫通孔53d之右側的端部(即，靠第2腕構件52之端部)之狀態。與此同時，第2腕構件53側之第2支撐軸64，在圖6中，並且成為抵接於第2導引貫通孔53e之右側之端部之狀態。即，最大伸長狀態是指：第1支撐軸63與第2支撐軸64抵觸到與各自對應之導引貫通孔53d、53e之端部，而阻擋了該移動之狀態，以此作為臂部50而所形成之狀態。

又，包括該最大伸長狀態，在第1腕構件5]及第2腕構件52大概已伸長之狀態(相當於本發明之預定的伸長狀態之狀態)下，如圖6所示，連接點57b是在沿著於旋轉驅動面上之輸出軸57a之延伸方向(在圖6中以一點鏈線標示之方向。又，在圖中以虛線顯示從第1旋轉軸61相對於上述一點鏈線之垂線。另，在後述之圖7、圖8中亦同樣。)之可動範圍內，相對於第1旋轉軸61而位於左側。另，該可動範圍是指：在圖6所示之最大伸長狀態下，連接點57b位於其中一邊的端部(較上述虛線與一點鏈線之交點而為左側之端部，換言之，相對於第1旋轉軸61而位於第1腕構件52側之端部)，在後述之圖8所示之最大彎折狀態下，連接點57b位於另一邊的端部(較上述虛線與一點鏈線之交點而為右側之端部，換言之，相對於第1旋轉軸61而位於右側之端部)， 以此來界定且連接點57b可改變位置之範圍。因此，連接點57b是構成為在旋轉驅動面上沿著輸出軸57a之延伸方向而將第1旋轉軸61夾於其中而朝左右兩側改變位置。依此設定連接點57b之可動範圍，以此，如後述，在驅動輸出軸57a時，能盡可能地縮小相對於第1腕構件51之致動器57之傾斜，能實現第1腕構件51之精簡化，容易避免彎曲時之第1腕構件51與第2腕構件52之干擾。

從該最大伸長狀態，藉致動器57之驅動而使該輸出軸57a朝第1連桿部53側跳出，連接點57b逐漸接近於圖中的虛線。如此一來，以第1腕構件51為中心看過去的話，如圖7所示，第1連桿部53以第1旋轉軸61為中心往順時針方向旋轉。此時，如上述，在成為將第1支撐軸63與第2支撐軸64連起來的直線與將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來的直線交叉之狀態下配置該等4個軸，以此藉第2連桿部55連接第1支撐軸63及第2支撐軸64，因此一產生上述第1連桿部53之順時針方向之旋轉，就有相對於第2腕構件52而以第2旋轉軸62為中心之順時針方向的旋轉力矩發生作用。結果隨著彎折角度逐漸變小，例如在圖7所示之狀態下，彎折角度大概成為90度。另，在該狀態下，第1支撐軸63是位於第1導引貫孔53d之延伸長度的大概中央部分，第2支撐軸64是位在第2導引貫通孔53e之延伸長度的大概中央部分。又，第1連桿部53往順時針方向旋轉，以此，使致動器57之輸出軸57a與橋部53b之連接點57b之位置成為圖中的虛線上，與圖6所示之位置相比，是移動到附圖的上方。惟，致動器57 是安裝成以旋轉軸56為中心而可相對於第1腕構件51傾斜，所以例如，如圖7所示，就算上述連接點57b移動到上方，從致動器57而往第1連桿部53之輸出的付與也能適當地持續。

接著，致動器57之輸出軸57a更朝第1連桿部53側跳出，使連接點57b朝圖中的虛線的右側，即，朝上述可動範圍的另一邊的端部側改變位置，第1連桿部53就以第1旋轉軸61為中心更往順時針方向旋轉，配合此動作，第2腕構件52以第2旋轉軸62為中心更往順時針方向旋轉，以此形成為圖8所示之最大彎折狀態。另，該最大彎折狀態是指第1支撐軸63抵接於第1導引貫通孔53d之左側的端部(即，靠第1腕構件51之端部)，成為阻擋了從圖6所示之最大伸長狀態之第1支撐軸63在第1導引貫通孔53d內之移動之狀態，以此作為臂部50而所形成之狀態。

如此構成之第1腕構件51與第2腕構件52之肘關節部54是相對於第1連桿部53，而將第1腕構件51及第2腕構件52經由分別對應之第1旋轉軸61、第2旋轉軸62連接。接著，第1旋轉軸61與第2旋轉軸62間之軸間距離是設定為預定距離，因此能盡可能地縮小以各旋轉軸為中心之各腕構件的旋轉範圍彼此干擾的領域。結果，如圖8所示，無須對第1腕構件51及第2腕構件52之外側表面的形狀施以很大的變更，能盡可能地縮小臂部50中之最大彎折角度。又，第1腕構件51與第2腕構件52是藉第2連桿部55連結，以此藉一台直動式致動器57，就能實線雙軸結合的第1腕構件51與第 2腕構件52之相對的旋轉驅動。藉此，可將兩腕構件的旋轉驅動用之致動器所佔的空間容積縮小。

進而，在連接點57b之可動範圍如上設定時，在旋轉驅動面上，連接點57b與第1支撐軸63是相對於將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來的直線而位於相同側。在此，連接點57b從圖6所示之狀態改變位置到圖8所示之狀態，第2連桿部55就往順時針方向旋轉，然後就構成為將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來的直線與將第1支撐軸63與第2支撐軸64連起來的直線交叉。惟，如上述設定連接點57b及第1支撐軸63之位置，以此，在第2連桿部55往順時針方向旋轉時，該旋轉方向成為遠離第1旋轉軸61或第2旋轉軸62之方向，因此與兩軸之間不容易受到干擾。這事意味著盡可能地確保很大的第2腕構件52相對於第1腕構件51之相對旋轉驅動的範圍，可說是與極有利用價值之旋轉驅動機構有關之構成。

又，在第1腕構件51與第2腕構件52之相對的旋轉驅動，臂部50伸展到最長之最大伸長狀態及臂部50彎曲到最大之最大彎折狀態，成為第2連桿部55所連接之第1支撐軸63、第2支撐軸64之至少其中一者抵接於與該等分別對應之導引貫通孔之端部之狀態。結果，能容易地形成機械性地限制第1腕構件51與第2腕構件52之相對的旋轉驅動之擋止件，換言之，以容易之擋止件構成，也能適當地抑制第1腕構件51與第2腕構件52之相對的旋轉驅動之缺失，例如第1腕構件51與第2腕構件52之旋轉衝突等。

<變形例>

又，根據圖9及圖10，說明肘關節部54之變形例。圖9，與圖6一樣，顯示臂部50處於最大伸長狀態之狀態，又，圖10，與圖8一樣，顯示處於最大彎折狀態之狀態。另，在圖9及圖10中，對於基本上與圖6至圖8所示構成對應之構成是附上相同參考符號，容予省略相關之詳細說明。

在此，本變形例，與圖6至圖8所示之實施例不同的點在於連接點57b之位置、與各腕構件之旋轉狀態之相關。具體來說，在包括最大伸長狀態在內，第1腕構件51與第2腕構件52已大概伸長之狀態下，如圖9所示，連接點57b是在沿著旋轉驅動面上之輸出軸57a之延伸方向(在圖8、圖9中以一點鏈線標示之方向。又，在圖中以虛線顯示從第1旋轉軸61相對於上述一點鏈線之垂線。)之可動範圍內，相對於第1旋轉軸61而位於右側。另，該可動範圍是指：在圖9所示之最大伸長狀態下連接點57b位於其中一邊的端部(較上述虛線與一點鏈線之交點而為右側之端部，換言之，相對於第1旋轉軸61而位於第2腕構件52側之端部)，在後述之圖10所示之最大彎折狀態下，連接點57b位於另一邊的端部(較上述虛線與一點鏈線之交點而為左側之端部，換言之，相對於第1旋轉軸61而位於第1腕構件51側之端部)，以此來界定且連接點57b可改變位置之範圍。因此，連接點57b是構成為在旋轉驅動面上沿著輸出軸57a之延伸方向而將第1旋轉軸61夾於其中而朝左右兩側改變位置。依此設定連接點57b之可動範圍，與圖6至圖8所示之實施例相同，以此， 在驅動輸出軸57a時，能盡可能地縮小相對於第1腕構件51之致動器57之傾斜，能實現第1腕構件51之精簡化，容易避免彎曲時之第1腕構件51與第2腕構件52之干擾。

從該最大伸長狀態，藉致動器57之驅動，使該輸出軸57a被拉進致動器57內，以此，使第1連桿部53往逆時針方向旋轉，配合該動作，第2腕構件52以第2旋轉軸62為中心而往逆時針方向旋轉，以此，最後，如圖10所示，連接點57b位於圖中的虛線的左側，即，位於上述可動範圍的最左側的端部，形成為最大彎折狀態。

如此，在設定了連接點57b之可動範圍時，在旋轉驅動面上，連接點57b與第1支撐軸63是夾著將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來的直線，而分別位於相反側。在此，連接點57b一從圖9所示之狀態改變位置到圖10所示之狀態時，第2連桿部55往逆時針方向旋轉，然後構成為將第1旋轉軸61與第2旋轉軸62連起來的直線、與將第1支撐軸63與第2支撐軸64連起來的直線交叉。惟，如上述，設定連接點57b及第1支撐軸63之位置，以此使第2連桿部55往逆時針方向旋轉時，該旋轉方向成為遠離第1旋轉軸61或第2旋轉軸62之方向，因此與兩軸之間不容易受到干擾。這事意味著盡可能地確保很大的第2腕構件52相對於第1腕構件51之相對旋轉驅動的範圍，可說是與極有利用價值之旋轉驅動機構有關之構成。

在此，本變形例與上述之實施例相比，在本變形例之肘關節部54中，將致動器57之輸出軸57a拉進，以成為 相對於第1腕構件51彎折第2腕構件52，另一方面，在上述之實施例之肘關節部54中，使致動器57之輸出軸57a跳出，以成為相對於第1腕構件51彎折第2腕構件52。如此，輸出軸57a之直動方向與肘關節部54之彎折方向之相關在兩例中是不同的，但是對於機器人中之肘關節部54，只要依各式各樣的理由而適當地選擇來自任一理由之形態來適用時即可。例如，在致動器57，當於輸出軸57a之特定的直動方向上獲得較佳的摩擦特性時，先考慮該摩擦特性後決定輸出軸的直動方向，再來根據上述之開示，決定該時候的旋轉驅動面上之連接點57b與第1支撐軸63之配置，以此就能形成旋轉驅動範圍廣大之肘關節部54。

[實施例2]

根據圖11及圖12，說明本發明之第2實施例。圖11是顯示處於最大伸長狀態之臂部50，圖12是顯示驅動第2腕構件52而相對於第1腕構件51旋轉，使其從最大伸長狀態到某個角度之狀態，即，彎折狀態。在此，在上述的第1實施例中，形成肘關節部54之第2連桿部55是配置成被夾在第1連桿部53之2個壁部53a之間，肘關節部54本身成為收容在第1腕構件51之板狀架51a與第2腕構件52之板狀架52a間之空間之狀態。在此，在本實施例中，將形成肘關節部54之第2連桿部55，在位於該空間之外且相對於旋轉內側側面51c、52c垂直之側面上作為側面板而所形成。如此，作為側面板而所形成之第2連桿部55，如圖12所示，就算在臂部50彎折的狀態，也不存在於與旋轉內側側面51c、52c干擾之位置。

在如此構成之肘關節部54中，作為側面板之第2連桿部55是與第1支撐軸63與第2支撐軸64連接，第1支撐軸63與第2支撐軸64，如同於上述第1實施例，是成為***設在第1連桿部51且與各支撐軸對應之導引貫通孔53d、53e(在圖11、圖12中未顯示)之狀態。另，針對第1連桿部51與第1腕構件51及與第2腕構件52之經由旋轉軸61、62之連接，是與上述第1實施例相同，但該各旋轉軸61、62是位於作為側面板之第2連桿部55之下方，因此在圖11及圖12所示之狀態下未示於圖中。進而，各導引貫通孔之端部與各支撐軸之抵接狀態、與臂部50之姿勢(即，最大伸長狀態及最大彎折狀態)之相關關係亦與第1實施例相同，因此該詳細說明予以省略。如此將第2連桿部55形成為側面板，以此，如同於上述之第1實施例，無須對第1腕構件51及第2腕構件52之外側表面的形狀施與很大的變更，就能盡可能地縮小臂部50之最大彎折角度，又，能容易形成機械性地限制第1腕構件51與第2腕構件52之相對的旋轉驅動的範圍之擋止件。

<其他實施例>

在迄至上述為止之實施例中，對於本發明之旋轉旋轉機構，是舉了臂部50中之肘關節部54為例顯示，但除此之外，對於機器人10之腳部中之膝關節部，即，當腳部是以上腿部及下腿部形成時，驅動上腿部與下腿部作相對旋轉用之膝關節部，也可適用本發明。又，對於其他關節部，即將構成機器人的構件且可作相對旋轉驅動之構件彼此連 接之關節部，也可運用本發明。

51‧‧‧第1腕構件

52‧‧‧第2腕構件

53‧‧‧第1連桿部

53d‧‧‧第1導引貫通孔

53e‧‧‧第2導引貫通孔

55‧‧‧第2連桿部

57‧‧‧致動器

57a‧‧‧輸出軸

57b‧‧‧連接點

61‧‧‧第1旋轉軸

62‧‧‧第2旋轉軸

63‧‧‧第1支撐軸

64‧‧‧第2支撐軸

Claims (10)

1. 一種機器人的旋轉驅動機構，用以經由具有直動式輸出軸之直動式致動器，而將機器人一部分即第1構件及第2構件驅動，使該等在預定的旋轉驅動面上作相對旋轉，且包含有：第1連桿部，使前述直動式致動器之輸出軸連接，配置成經由第1旋轉軸而相對於前述第1構件旋轉自如，且配置成經由第2旋轉軸而相對於前述第2構件側旋轉自如，該第1旋轉軸與該第2旋轉軸間之軸間距離設定為一預定距離，該預定距離為可驅動該第1構件與該第2構件使其等在前述預定的旋轉驅動面上旋轉；及第2連桿部，連接於設在前述第1構件側之第1支撐軸、與設於前述第2構件側之第2支撐軸，使該第1支撐軸與該第2支撐軸間之軸間距離為一定；並且相對於該第1旋轉軸與該第2旋轉軸，而將該第1支撐軸與該第2支撐軸配置成於前述預定的旋轉驅動面上將前述第1支撐軸與前述第2支撐軸連起來的直線，與將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線交叉，前述第1連桿部更具有導引貫通孔，該導引貫通孔具有預定長度，藉此形成為讓前述第1支撐軸與前述第2支撐軸沿各自的軸長方向***，使該第1支撐軸及該第2支撐軸可沿前述預定的旋轉驅動面作相對移動，當付與 有來自前述直動式致動器之輸出時，該第1支撐軸及該第2支撐軸藉該導引貫通孔在該導引貫通孔之延伸範圍內作相對移動，以此決定前述第1構件與前述第2構件之相對的旋轉驅動範圍。
2. 如請求項1之機器人的旋轉驅動機構，其中藉前述導引貫通孔的端部與前述第1支撐軸或者是前述第2支撐軸之接觸，而阻止該第1支撐軸或者是該第2支撐軸之在該導引貫通孔的移動，以此形成在前述預定的旋轉驅動面之前述第1構件之旋轉內側側面與前述第2構件之旋轉內側側面最接近之最大彎折狀態。
3. 如請求項1之機器人的旋轉驅動機構，其中藉前述導引貫通孔之端部與前述第1支撐軸或者是前述第2支撐軸之接觸，而阻止該第1支撐軸或該第2支撐軸在該導引貫通孔之移動，以此在前述預定的旋轉驅動面形成前述第1構件之軸中心與前述第2構件之軸中心位於相同直線上之最大伸長狀態。
4. 如請求項1至3中任一項之機器人的旋轉驅動機構，其中在前述預定的旋轉驅動面上，前述直動式致動器的輸出軸與前述第1連桿部之連接點是在沿著該輸出軸的延伸方向而將前述第1旋轉軸夾於其中而延伸之可動範圍改變位置，前述第1構件與前述第2構件已處於預定的伸長狀態時，前述連接點是構成為在前述可動範圍內位於該第1構件側，且，在前述預定的旋轉驅動面上，該連接點與 前述第1支撐軸是相對於將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線而位在相同側，使前述連接點在前述可動範圍內從其中一端部側改變位置到另一端部側，以此驅動該第2構件，使其相對於該第1構件旋轉。
5. 如請求項1至3中任一項之機器人的旋轉驅動機構，其中在前述預定的旋轉驅動面上，前述直動式致動器的輸出軸與前述第1連桿部之連接點是在沿著該輸出軸的延伸方向而將前述第1旋轉軸夾於其中而延伸之可動範圍改變位置，前述第1構件與前述第2構件已處於預定的伸長狀態時，前述連接點是構成為在前述可動範圍內位於該第2構件側，且，在前述預定的旋轉驅動面上，該連接點與前述第1支撐軸是將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線夾於其中而分別位在相反側，使前述連接點在前述可動範圍內從其中一端部側改變位置到另一端部側，以此驅動該第2構件，使其相對於該第1構件旋轉。
6. 如請求項1至3中任一項之機器人的旋轉驅動機構，其中前述第1構件及前述第2構件為分別形成前述機器人的臂部之構件，前述第1連桿部及前述第2連桿部形成為該臂部之肘關節，或，前述第1構件及前述第2構件為分別形成前述機器人的腳部之構件，前述第1連桿部及前述第2連桿部形 成為該腳部之膝關節。
7. 一種機器人的旋轉驅動機構，用以經由具有直動式輸出軸之直動式致動器，而將機器人一部分即第1構件及第2構件驅動，使該等在預定的旋轉驅動面上作相對旋轉，且包含有：第1連桿部，使前述直動式致動器之輸出軸連接，配置成經由第1旋轉軸而相對於前述第1構件旋轉自如，且配置成經由第2旋轉軸而相對於前述第2構件側旋轉自如，該第1旋轉軸與該第2旋轉軸間之軸間距離設定為一預定距離，該預定距離為可驅動該第1構件與該第2構件使其等在前述預定的旋轉驅動面上旋轉；及第2連桿部，連接於設在前述第1構件側之第1支撐軸、與設於前述第2構件側之第2支撐軸，使該第1支撐軸與該第2支撐軸間之軸間距離為一定；並且相對於該第1旋轉軸與該第2旋轉軸，而將該第1支撐軸與該第2支撐軸配置成於前述預定的旋轉驅動面上將前述第1支撐軸與前述第2支撐軸連起來的直線，與將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線交叉，前述第2連桿部是以在前述第1連桿部之寬度方向上被該第1連桿部夾於其中之狀態配置。
8. 如請求項7之機器人的旋轉驅動機構，其中前述第1連桿部更具有導引貫通孔，該導引貫通孔具有預定長度，藉此形成為讓前述第1支撐軸與前述第2支撐軸沿各自的 軸長方向***，使該第1支撐軸及該第2支撐軸可沿前述預定的旋轉驅動面作相對移動，當付與有來自前述直動式致動器之輸出時，該第1支撐軸及該第2支撐軸藉該導引貫通孔在該導引貫通孔之延伸範圍內作相對移動，以此決定前述第1構件與前述第2構件之相對的旋轉驅動範圍。
9. 一種機器人的旋轉驅動機構，用以經由具有直動式輸出軸之直動式致動器，而將機器人一部分即第1構件及第2構件驅動，使該等在預定的旋轉驅動面上作相對旋轉，且包含有：第1連桿部，使前述直動式致動器之輸出軸連接，配置成經由第1旋轉軸而相對於前述第1構件旋轉自如，且配置成經由第2旋轉軸而相對於前述第2構件側旋轉自如，該第1旋轉軸與該第2旋轉軸間之軸間距離設定為一預定距離，該預定距離為可驅動該第1構件與該第2構件使其等在前述預定的旋轉驅動面上旋轉；及第2連桿部，連接於設在前述第1構件側之第1支撐軸、與設於前述第2構件側之第2支撐軸，使該第1支撐軸與該第2支撐軸間之軸間距離為一定；並且相對於該第1旋轉軸與該第2旋轉軸，而將該第1支撐軸與該第2支撐軸配置成於前述預定的旋轉驅動面上將前述第1支撐軸與前述第2支撐軸連起來的直線，與將前述第1旋轉軸與前述第2旋轉軸連起來的直線交叉， 前述第2連桿部是配置在前述第1連桿部之寬度方向上該第1連桿部的外側，且，形成作為配置於較前述第1構件之外部表面及前述第2構件之外側表面更外側之側面板。
10. 如請求項9之機器人的旋轉驅動機構，其中前述第1連桿部更具有導引貫通孔，該導引貫通孔具有預定長度，藉此形成為讓前述第1支撐軸與前述第2支撐軸沿各自的軸長方向***，使該第1支撐軸及該第2支撐軸可沿前述預定的旋轉驅動面作相對移動，當付與有來自前述直動式致動器之輸出時，該第1支撐軸及該第2支撐軸藉該導引貫通孔在該導引貫通孔之延伸範圍內作相對移動，以此決定前述第1構件與前述第2構件之相對的旋轉驅動範圍。