[0001] 本发明的实施方式涉及机械臂机构。

[0002] 一直以来，多关节机械臂机构已被应用于产业用机器人等各种领域。发明者们实现了实用化的直动伸缩机构，可以在垂直多关节型的机械臂机构中无需肘关节，由此能够消除奇点。这样的机械臂机构不必为了避免奇点而进行突然的回转动作，另外，由于作业员能够直观地掌握机械臂机构的动作，因此无需安全栏。在作业员的旁边设置机器人成为可能，机器人和作业员协作的环境成为现实。在机械臂机构配置在作业员的旁边的环境成为现实之下，对协作机器人提出了更高的安全性要求。例如，在机械臂机构的作业区域内，存在并非预先确定的作业员这样的其他作业员等闯入的可能性。如此地，由于处在机械臂机构的周围的人不确定，因此希望不仅能搭载通过专用的遥控器进行紧急停止操作来使机械臂机构紧急停止的功能，而且还希望搭载使处在机械臂机构的周围的人能够通过直观的操作来使机械臂机构紧急停止的功能。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1日本特许第5435679号公报

[0019] 以下参照附图说明本实施方式的机械臂机构。本实施方式的机械臂机构，其至少一个联接部被关节部连结。本实施方式尽管以通过直动伸缩机构构成其多个关节部的其中一个关节部的机械臂机构为例进行说明，但是也可以是其他类型的机械臂机构。本实施方式例如也能够适用于旋转关节部的固定部安装到壁面上，臂(联接部)安装到旋转关节部的旋转部这样的单轴的机械臂机构。在以下说明中，对具有大致相同的功能及构成的构成要素，赋予同一符号，仅在有必要的场合进行重复说明。

[0020] 图1、图2是本实施方式的极坐标型的机械臂机构的外观图。图3表示的是直动伸缩机构的内部构造。图4用图形记号表示图1的机械臂机构。机械臂结构具有多个，在此具有六个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基台1开始依次设置。一般地，将第一关节部J1、第二关节部J2、第三关节部J3称为根部三轴，将第四关节部J4、第五关节部J5、第六关节部J6称为主要使末端执行器(手指效果器)的姿势变化的手腕三轴。构成根部三轴的关节部J1、J2、J3的至少一者为直动伸缩机构。在此，第三关节部J3作为直动伸缩机构而构成。

[0021] 机械臂机构的基台1上，竖直地设置有大致呈圆筒体的支柱部2。支柱部2在上下被分离，支柱下部的下部架21和支柱上部的上部架22通过第一关节部J1连接。下部架21和上部架22分别被圆筒形的硬质树脂制的罩子31、32覆盖。第一关节部J1是以垂直基台1的接地面的第一旋转轴RA1为中心的旋转关节。下部架21与第一关节部J1的固定部连接。上部架22与第一关节部J1的旋转部连接。臂部5通过第一关节部J1的旋转而水平地回转。

[0022] 呈圆筒体的支柱上部的上部架22的内部空腔收纳后述的第三关节部J3的第一链节列51、第二链节列52。支柱部2上设置有收纳第二关节部J2的起伏部4。第二关节部J2是以垂直于第一旋转轴RA1配置的第二旋转轴RA2为中心的关节。起伏部4具有作为第二关节部J2的固定部的一对侧架23。一对侧架23被鞍形的硬质树脂制的罩子33覆盖。一对侧架23与上部架22连结。一对侧架23支撑作为第二关节部J2的旋转部的圆筒体24，圆筒体24同时作为马达壳体使用。支撑部(送出机构)25安装在圆筒体24的周面上。构成送出机构25的架，支撑辊筒单元58、驱动齿轮56、导向辊筒57。构成送出机构25的架被圆筒形的硬质树脂制的罩子34覆盖。罩子33和罩子34之间，装备跟随起伏部4的起伏动作而动作的截面U字形状的U字波纹管罩子14。

[0023] 送出机构25在支撑第一链节列51、第二链节列52并且使其前后自由移动的同时，在第一链节列51、第二链节列52朝前方移动时使第一链节53、第二链节54相互接触，在第一链节列51、第二链节列52朝后方被拉回时使第一链节53、第二链节54分离。臂部5通过第二关节部J2的旋转而上下地起伏。

[0024] 形成第三关节部J3的直动伸缩机构包括有发明者们新开发的构造，明确区别于现有的直动范围有限、并包括和直动范围等长的拉回范围的实心的直动关节。第三关节部J3是直动伸缩机构，其臂部5以垂直于第二旋转轴RA2配置的第三轴(移动轴)RA3为中心，直线地伸缩。通过第三关节部J3，臂部(柱状体)5沿第三移动轴RA3，以维持直线的刚性的状态前后地伸缩。

[0025] 臂部5具有第一链节列51和第二链节列52。第一链节列51包括自由弯曲地连结的多个第一链节53。如图5所示，典型地第一链节53构成为大致平板形。第一链节53并非限定为平板形状，也可以是筒状体，进一步地，其横截面也并非限定U字形、四边形(矩形)，也可以是三角形或者五边形等的多边形状，进一步地也可以是圆形、椭圆形、圆或者椭圆的一部分被开槽的圆弧形状。在此，以第一链节53构成为大致平板形进行说明。

[0026] 第二链节列52包括自由弯曲地连结的多个第二链节54。第二链节54典型地如图6所示，呈表面侧敞开的截面U字形状的筒状体。第二链节54并非限定截面U字形状的筒状体，可以采用其他各种横截面形状的筒状体。例如第二链节54也可以是截面四边形状的筒状体。第二链节54呈筒状体，其横截面并非限定四边形(矩形)，也可以是三角形或者五边形等的多边形状，进一步也可以是圆形、椭圆形、圆或者椭圆的一部分被开槽的圆弧形状。在此，以第二链节54构成为截面U字形状的筒状体进行说明。

[0027] 如后所述，第一链节53和第二链节54相互地接触。在上述的第一链节53和第二链节54的各形状的基础下，作为在第一链节53和第二链节54相互接触的状态下的横截面的整体形状，呈四边形，三角形，菱形，梯形，这些以外的多边形，H形，圆形，椭圆形。

[0028] 第二链节54在彼此底板处自由弯曲地连结。第二链节列52的弯曲，在第二链节54的侧板的端面彼此抵接的位置被限制。在此位置第二链节列52直线地排列。第一链节列51内的头部的第一链节53和第二链节列52内的头部的第二链节54通过结合链节55连接。

[0029] 结合链节55是具有其上部比下部朝后方突出的形状的块。上部相对于下部的突出长度，为第二链节53的长度的一半的长度。上部与第一链节53等厚，下部与第二链节54等厚。头部的第一链节53与上部可弯曲地连接，头部的第二链节54与下部可弯曲地连接。第一链节53彼此的连结位置，相对第二链节54彼此的连结位置，错位1/2的长度。前后的第二链节的开闭位置(连结位置)位于第一链节53的前后中间。此位置装备后述的锁定机构。

[0030] 第一链节列51、第二链节列52被四边筒体形状的支撑部(辊筒单元58)58的上下辊筒59按压而相互接触。通过接触，第一链节列51、第二链节列52构成柱状的臂部5。此外，如果第一链节53、第二链节54分别为上述的典型的横截面形状，那么第一链节53、第二链节54通过相互接触而硬直并呈直线的柱状体。然而，如果第一链节53、第二链节54的平面形状为梯形形状或者圆环形状的一部分形状，那么第一链节53、第二链节54通过相互接触而硬直并呈曲线的柱状体。

[0031] 辊筒59的列的后方设置有驱动齿轮(齿轮)56。驱动齿轮56通过减速器与未图示的马达连接。如图5(b)所示，第一链节53的内壁的宽度中间横跨前后设置有线性齿轮239。多个第一链节53直线状地对齐排列时，前后的线性齿轮239连接成直线状，从而构成长的线性齿轮(齿条)。驱动齿轮(齿轮)56与直线状的线性齿轮239啮合。连接成直线状的线性齿轮239和驱动齿轮56一起构成齿轮齿条机构。驱动齿轮56顺时针旋转时臂部5朝前方伸出。驱动齿轮56逆时针旋转时臂部5朝起伏部4的内部被拉回地收缩。被拉回到支撑部58的后方、从上下辊筒59的按压中释放的第一链节列51、第二链节列52相互地分离。分离的第一链节列51、第二链节列52分别恢复到可弯曲的状态。恢复到可弯曲的状态的第一链节列51、第二链节列52，在起伏部4内同时同向(第二链节54的底板侧)地弯曲，被竖直地收纳到支柱部2的内部。此时，第一链节列51以大致平行于第二链节列52的状态被收纳。

[0032] 臂部5的前端安装有手腕部6。手腕部6装备有第四关节部J4-第六关节部J6。第四关节部J4-第六关节部J6分别具有正交三轴的旋转轴RA4-RA6。第四关节部J4是以与伸缩中心轴RA3大致一致的第四旋转轴RA4为中心的旋转关节，通过此第四关节部J4的旋转而使末端执行器摆动旋转。第五关节部J5是以垂直于第四旋转轴RA4配置的第五旋转轴RA5为中心的旋转关节，通过此第五关节部J5的旋转，使末端执行器前后地倾动旋转。第六关节部J6是以垂直于第四旋转轴RA4和第五旋转轴RA5配置的第六旋转轴RA6为中心的旋转关节，通过此第六关节部J6的旋转，使末端执行器绕轴旋转。

[0033] 臂部5的结合链节55与第四关节部J4的固定部连接。第四关节部J4的旋转部上连接有以第四旋转轴RA4为中心线的圆筒形的架26。架26的前端支撑有圆筒体27，圆筒体27作为以第五旋转轴RA5为中心线的第五关节部J5的固定部。此圆筒体27同时作为驱动第五关节部J5的马达的壳体使用，马达本体被固定在圆筒体27的内部。圆筒形的架26和圆筒体27被硬质树脂制的罩子35覆盖。罩子35是将以第四旋转轴RA4为中心轴的圆筒罩子和以第五旋转轴RA5为中心轴的圆筒罩子一体成型并使内部连通的罩子。驱动第五关节部J5的马达的旋转轴，以跨过圆筒体27的两端的状态被安装到U字形的架28。U字形的架28被U字形的硬质树脂制的罩子36覆盖。U字架28的前端内侧安装有形成第六关节部J6的固定部的圆筒体29。圆筒体29被圆筒形的硬质树脂制的罩子37覆盖。U字形的罩子36和圆筒形的罩子37被一体成型，其内部连通。

[0034] 圆筒体29的下部，设置有适配器7，适配器7用于将末端执行器(手指效果器)连接到第六关节部J6的旋转部。末端执行器是机器人具有对作业对象(工件)直接作用的功能的部分，例如，存在有对应把持部、真空吸附部、螺母锁紧工具、焊枪、喷枪等的任务的各种工具。末端执行器通过第一关节部J1、第二关节部J2、第三关节部J3移动到任意位置，通过第四关节部J4、第五关节部J5、第六关节部J6配置为任意姿势。特别地，第三关节部J3的臂部5的伸缩距离的长度，可使末端执行器到达从基台1的接近位置至远离位置的大范围内的对象。第三关节部J3的特征是通过构成第三关节部J3的直动伸缩机构所实现的直线的伸缩动作及其伸缩距离的长度与现有的直动关节不同。

[0035] 图4通过图形记号表示机械臂机构的结构。在机械臂机构中，通过构成根部三轴的第一关节部J1和第二关节部J2和第三关节部J3实现三个位置自由度。另外，通过构成手腕三轴的第四关节部J4和第五关节部J5和第六关节部J6实现三个姿势自由度。如图4所示，第一关节部J1的旋转轴RA1在竖直方向设置。第二关节部J2的旋转轴RA2在水平方向设置。第一关节部J1和第二关节部J2通过第一联接部连结。第一联接部由上部架22和一对侧架23构成。通过第一联接部，使第二关节部J2相对于第一关节部J1，在旋转轴RA1和与旋转轴RA1正交的轴的两个方向有偏移。第二关节部J2的旋转轴RA2不与第一关节部J1的旋转轴RA1相交。

[0036] 第三关节部J3的移动轴RA3设置在垂直于旋转轴RA2的方向上。第二关节部J2和第三关节部J3通过第二联接部连结。第二联接部由送出机构25的架构成。通过第二联接部，使第三关节部J3相对于第二关节部J2，在旋转轴RA1和与旋转轴RA1正交的轴的两个方向有偏移。第三关节部J3的旋转轴RA3不与第二关节部J2的旋转轴RA2相交。第三关节部J3和第四关节部J4通过第三联接部连结。第三联接部由具有直动伸缩关节部的伸缩性的臂部5构成。通过第三联接部，使第四关节部J4和第三关节部J3配置为相同的直线形状。第四关节部J4和第五关节部J5通过第四联接部连结。第四联接部由圆筒架构成。通过第四联接部，使第五关节部J5和第四关节部J4配置为相同的直线形状。第五关节部J5和第六关节部J6通过第五联接部连结。第五联接部由U字形架和U字形架的前端内侧的圆筒体构成。通过第五联接部，使第六关节部J6在旋转轴RA4和与旋转轴RA5正交的轴的两个方向有偏移。

[0037] 通过将多个关节部J1-J6的根部三轴的其中一个关节部改装为直动伸缩关节部J3，使第二关节部J2相对于第一关节部J1朝两个方向偏移，使第三关节部J3相对于第二关节部J2朝两个方向偏移，由此本实施方式的机器人装置的机械臂机构，从结构上消除了奇点姿势。

[0038] 本实施方式的机械臂机构，其罩子覆盖多个联接部的至少其中一个联接部，该罩子被按钮型开关100支撑。按钮型开关100设置在联接部的外面。在本实施方式中，覆盖第一联接部的罩子32、33和覆盖第二联接部的罩子34和覆盖第五联接部的罩子36分别被按钮型开关100支撑。按钮型开关100的动作方式优选为仅在后述的操作部(可动部、往复移动部等)101被按下期间才维持导通状态的瞬时动作方式。由此，能够无需将按下的按钮型开关100恢复到原来的状态的复位动作。此外，按钮型开关100的动作方式也可以是只要按下就保持导通状态，进而通过再一次按下而复位到原来的状态的交替的动作方式。

[0039] 按钮型开关100具有圆筒形的本体部101。具有圆柱形状的操作部102在其轴线方向可移动地插入到本体部101上。操作部102通过未图示的弹簧等的施压手段，从本体部101朝推出方向(施压方向)被施压。操作部102克服施压力被压入到本体部101。按钮型开关100，其本体部101的底部设置在联接部上以使操作部102的轴向垂直于联接部的表面。操作部102的前端面上，开设有用于安装罩子的螺丝孔103。在本体部101上，开关部和测出开关部的开闭的开关测出回路被收纳到壳体内。操作部102被按入规定距离时开关部关闭。开关测出回路在开关部关闭时，输出表示开关部已关闭的信号(也称导通信号)。操作部102被释放时开关部切换到开状态。开关测出回路在开关部为开状态时，不输出导通信号，或者输出表示开关部为开状态的信号(也称断开信号)，在此基于说明的方便，表示开关部开状态的信号也称断开信号。从开关测出回路输出的导通/断开信号，被发送到例如机器人装置的控制部。机器人装置的控制部以接收到表示按压型开关100导通的导通信号为契机，执行使机械臂机构停止的紧急停止控制。

[0040] 按钮型开关100的本体部101上，设置有用于将按钮型开关100安装到规定的位置的安装部。按钮型开关100通过此安装部，被安装到各联接部。安装部包括例如高度调节机构，高度调节机构用于调节从按钮型开关100的底部到操作部102的高度。通过根据罩子和联接部之间的距离，调整安装部的高度，即使在以多个按钮型开关100支撑罩子的情况下，也能够使施加到多个按钮型开关100的各操作部102的负荷均等分布。

[0041] 罩子32、33、34、36上，开设有用于安装到按钮型开关100的操作部102的螺丝孔30。如图6所示，例如在分别将螺丝孔30和按钮型开关100的操作部102的螺丝孔103位置对准的状态下，罩子32通过螺丝200被紧固到操作部102。

[0042] 覆盖构成第一联接部的上部架22的圆筒形状的罩子32，被二分割成半圆筒的两个罩子部分32-1、32-2。多个按钮型开关100在上部架22的表面，在其中心轴正交于旋转轴RA1的方向配置。两个罩子部分32-1、32-2分别被配置在上部架22的多个按钮型开关100支撑。

[0043] 同样地，覆盖构成第一联接部的侧架23的U字形状的罩子33，被左右地二分割成两个罩子部分33-1、33-2。多个按钮型开关100在一对侧架23的表面，在其中心轴正交于旋转轴RA1的方向配置。两个罩子部分33-1、33-2分别被配置在侧架23的多个按钮型开关100支撑。

[0044] 覆盖构成第二联接部的送出机构25的架的圆筒形状的罩子34，被二分割成两个罩子部分34-1、34-2。多个按钮型开关100在送出机构25的架上，在例如其中心轴正交于旋转轴RA3的方向配置。两个罩子部分34-1、34-2分别被配置在送出机构25的架的多个按钮型开关100支撑。

[0045] 覆盖构成第五联接部的U字形的架28的U字形罩子36，被配置在U字形的架28的多个按钮型开关100支撑。多个按钮型开关100在U字形的架28上，在其中心轴正交于旋转轴RA6的方向配置。

[0046] 如上所述，通过分别以按钮型开关100支撑机械臂机构的硬质树脂制的罩子32、33、34、36，能够使这些罩子32、33、34、36作为按钮型开关100的操作部102起作用。也就是说，即使是数量较少的按钮型开关100，也能够扩大作业员可按下操作的范围。此外，在此，尽管作为按钮型开关100的操作部102起作用的罩子设为罩子32、33、34、36，但是也可以分别以按钮型开关100支撑其他的罩子31、35、37，作为按钮型开关100的操作部102起作用。另外，在此，如图5所示，尽管将覆盖上部架22的罩子32二分割，通过按钮型开关100分别支撑罩子部分32-1、32-2，但是也可以如图8所示，将罩子32六分割，通过按钮型开关100分别支撑罩子部分32-3、32-4、32-5、32-6、32-7、32-8，作为按钮型开关100的操作部102起作用。通过增加罩子的分割数、使罩子部分变小，与罩子部分较大的情况相比，能够使按下罩子的力变小，提高作业员等按下罩子的容易性。另外，通过增加罩子的分割数，能够精准地确定机械臂机构的按下位置。机器人装置的控制部也可以根据确定的按下位置，改变机械臂机构的控制。例如，在多个罩子部分同时被按下时，机器人装置的控制部执行停止机械臂机构的紧急停止控制，在单个罩子部分被按下时，机器人装置的控制部也可以执行减慢机械臂机构的动作的减速控制。

[0047] 另外，也可以分别对罩子赋予和现有的悬挂盒所包含的操作按钮(包含紧急停止按钮)同样的功能。由此，未把持悬挂盒的不确定的多个作业员能够容易地操作机械臂机构。

[0048] 在现有的机器人装置中，紧急停止按钮装备在例如操作机械臂机构的悬挂盒上，或者紧急停止按钮被配备在预先决定的位置上。本实施方式的机械臂机构，假定作业员被包含在其作业区域内。例如，在多个作业员在机械臂机构的作业区域内作业的情况下，给这些作业员的每一个准备装备有紧急停止按钮的悬挂盒，由于成本增加等的理由，并不现实。另外，由于无需安全栏，不确定的多个人可能会闯入机械臂机构的作业区域内，难以使闯入作业区域内的作业员每次都自备悬挂盒。另一方面，在紧急停止按钮被配备在预先决定的位置的情况下，作业员为了停止作业、按下紧急停止按钮，需要移动到紧急停止按钮被配备的位置，在该移动时间内机械臂机构有可能产生较大的破坏。另外，在机械臂机构接触到作业员的状态下，该作业员可能不能移动到紧急停止按钮被配备的位置。

[0049] 本实施方式的机械臂机构，实现了将覆盖机械臂机构的主要部件的罩子本体作为按钮型开关100的操作部102起作用。由此，如图7所示，处在机械臂机构的旁边的作业员等，能够通过按下罩子32-2，使机械臂机构紧急停止。因此，作业员等想要使机械臂机构停止时，只需触碰该机械臂机构的罩子，此操作直观且容易理解。由此，无需闯入机械臂机构的作业区域内的每个人都把持悬挂盒，另外，即使在机械臂机构接触到作业员的状态下，该作业员也能够通过按下该机械臂机构的罩子，使机械臂机构停止。即，根据本实施方式的机械臂机构，能够使安全性提高。

[0050] (变形例)

[0051] 图9是表示本实施方式的变形例的机械臂机构的图。变形例的机械臂机构，其罩子覆盖多个联接部的至少其中一个联接部，该罩子被压力传感器支撑。如图9所示，压力传感器具有片体形状的压电片体(高分子厚膜膜片等)300。外力施加到压电片体300时，片体变形，这部分的电阻值发生变化。压电片体300输出与电阻值对应的电压信号到压力传感器的判断回路。判断回路根据从压电片体300发出的电压值达到规定的值以上，测出后述的罩子被按下。压电片体300被配置在浅的箱型的盒体13的底板的里面。压电片体300的表面上，通过粘贴剂等粘贴有圆柱形的海绵体301的后端面。海绵体301的前端面装有金属制的螺丝孔303。如图9所示，例如，在使其螺丝孔30和海绵体301的螺丝孔303位置对准的状态下，罩子
32-1通过螺丝200安装。通过使海绵体302等的缓冲材介于压电片体300和罩子32-1之间，能够避免按下罩子32-1的力直接传递到压电片体300，由此抑制压电片体300的损伤等。

[0052] 如上所述，通过以压电片体300支撑机械臂机构的罩子，能够使罩子本体作为开关的操作部起作用，由此，本实施方式的变形例的机械臂机构，能够使安全性提高。

[0053] 除上述之外，作为支撑罩子的传感器，也可以采用例如光电传感器装置。光电传感器装置具有投光部和受光部。投光部和受光部与盒体13的底面相对配置。投光部和受光部以及其光路，被聚氨酯海绵等的透光的缓冲材覆盖。机械臂机构的罩子通过螺丝、粘合剂等装到此聚氨酯海绵。受光部将对应受光量的电压信号输出到判断回路。外力施加到聚氨酯海绵时，聚氨酯海绵的密度变大。由此，在受光部接收的光量，比外力未施加到聚氨酯海绵时降低了。判断回路根据从受光部发出的电压值达到规定的值以下，测出罩子的按下。如上所述，通过以光电传感器装置支撑机械臂机构的罩子，能够使罩子本体作为开关的操作部起作用，由此，本实施方式的变形例的机械臂机构，能够使安全性提高。

[0054] 虽然说明了本发明的几个的实施方式，这些实施方式作为示例而提示，并不意图限定发明的保护范围。这些实施方式，可以以其他各种方式实施，在不脱离发明的要旨的范围下，可做各种省略、置换、变更。这些实施方式或者其变形，包含在发明的保护范围和要旨的同时，和记载在权利要求的保护范围的发明，包含有均等的保护范围。

[0055] 符号的说明

[0056] 5、臂部；6、手腕部；22、23、24、25、26、27、架；30、螺丝孔；31、32、33、34、35、36、37、罩子；100、按钮型开关。