本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

圖14中表示以往的垂直多關(guān)節(jié)部臂機(jī)構(gòu)。垂直多關(guān)節(jié)部臂機(jī)構(gòu)針對(duì)位置要求3自由度(x、y、z)、針對(duì)姿勢(shì)要求3自由度(φ、θ、ψ)，通常是利用被稱為根部3軸的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1、j2、j3及被稱為腕部3軸的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j4、j5、j6而實(shí)現(xiàn)。例如關(guān)節(jié)部j1、j4、j6應(yīng)用扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部，關(guān)節(jié)部j2、j3、j5應(yīng)用彎曲關(guān)節(jié)部。

這種多關(guān)節(jié)臂機(jī)構(gòu)中，即便在可動(dòng)范圍內(nèi)也存在無數(shù)奇點(diǎn)姿勢(shì)，失去某個(gè)特定方向的自由度。奇點(diǎn)姿勢(shì)下，正交坐標(biāo)與關(guān)節(jié)部角度的組之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換運(yùn)算存在無數(shù)個(gè)解(滿足某個(gè)坐標(biāo)位置的關(guān)節(jié)部角度的組)而無法控制，且關(guān)節(jié)部要求無限大的角速度，奇點(diǎn)附近關(guān)節(jié)部的活動(dòng)急速加快而產(chǎn)生「失控」。因此，現(xiàn)狀的應(yīng)對(duì)方法為避開奇點(diǎn)使用、或者犧牲末端移動(dòng)速度等。作為奇點(diǎn)，例如如圖15(a)所示，通過將彎曲關(guān)節(jié)部j2、j3、j5全部設(shè)為零度而扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1、j4、j6的旋轉(zhuǎn)軸ra1、ra4、ra6變得同軸，在該被稱為腕部奇點(diǎn)的狀況下，無法明確地決定這些扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1、j4、j6的旋轉(zhuǎn)角。這種情形在至少2個(gè)扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部變得同軸的狀況下同樣會(huì)發(fā)生。作為其他奇點(diǎn)姿勢(shì)，已知有：如圖15(b)所示，腕部3軸的關(guān)節(jié)部j4、j5、j6的旋轉(zhuǎn)軸ra4、ra5、ra6的交點(diǎn)位于形成臂基部的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1上的所謂肩奇點(diǎn)；如圖15(c)所示，腕部3軸的關(guān)節(jié)部j4、j5、j6的旋轉(zhuǎn)軸ra4、ra5、ra6的交點(diǎn)位于包含根部3軸的彎曲關(guān)節(jié)部j2、j3的旋轉(zhuǎn)軸ra2、ra3的平面上的所謂肘奇點(diǎn)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在可動(dòng)范圍內(nèi)能夠從構(gòu)造上消除或減少奇點(diǎn)姿勢(shì)的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。

本實(shí)施方式所涉及的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)具有多個(gè)關(guān)節(jié)部。多個(gè)關(guān)節(jié)部中，第1關(guān)節(jié)部是以第1軸為中心的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，多個(gè)關(guān)節(jié)部中，第2關(guān)節(jié)部是以第2軸為中心的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，多個(gè)關(guān)節(jié)部中，第3關(guān)節(jié)部是以第3軸為中心的直動(dòng)關(guān)節(jié)。第2軸設(shè)在與第1軸垂直的方向，且配置在與第1軸隔開第1距離的位置。第3軸設(shè)在與第2軸垂直的朝向，且配置在與第2軸隔開第2距離的位置。

附圖說明

圖1是本實(shí)施方式所涉及的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的外觀立體圖；

圖2是表示圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造的立體圖；

圖3是從剖面方向觀察圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造的圖；

圖4是通過圖中符號(hào)表現(xiàn)來表示圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的圖；

圖5是表示圖4的偏移距離l1、l2的一個(gè)例子的圖；

圖6是表示圖4的偏移距離l1、l2的另一個(gè)例子的圖；

圖7是表示通過本實(shí)施方式使特定的姿勢(shì)不變成奇點(diǎn)姿勢(shì)的圖；

圖8是表示圖4的偏移距離l1、l2、l3的一個(gè)例子的圖；

圖9是表示圖8的偏移距離l1、l2、l3的另一個(gè)例子的圖；

圖10是表示圖8的偏移距離l1、l2、l3的又一個(gè)例子的圖；

圖11是表示本實(shí)施方式的不產(chǎn)生奇點(diǎn)的構(gòu)造的圖；

圖12是表示基于本實(shí)施方式的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的鏈路長(zhǎng)的圖；

圖13是表示通過本實(shí)施方式消除奇點(diǎn)姿勢(shì)的圖；

圖14是通過圖中符號(hào)表現(xiàn)來表示以往的典型的垂直多關(guān)節(jié)部機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的圖；

圖15是表示以往的典型的奇點(diǎn)姿勢(shì)的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。在以下的說明中，對(duì)具有大致相同功能及構(gòu)成的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，只在必要情形時(shí)進(jìn)行重復(fù)說明。

圖1是本實(shí)施方式所涉及的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的外觀立體圖。圖2、圖3表示圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造。圖4通過圖中符號(hào)表現(xiàn)來表示圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂機(jī)構(gòu)具有大致圓筒形狀的基部1及與基部1連接的臂部2。在機(jī)械臂部2的前端安裝有被稱為末端執(zhí)行器的末端效應(yīng)器3。圖1圖示把可把持住對(duì)象物的手部作為末端效應(yīng)器3。末端效應(yīng)器3并不限定于手部，也可以是其他工具、或相機(jī)、顯示器。也可以在機(jī)械臂部2的前端設(shè)置可更換為任意種類的末端效應(yīng)器3的轉(zhuǎn)接器。

機(jī)械臂部2具有多個(gè)、此處為6個(gè)關(guān)節(jié)部j1、j2、j3、j4、j5、j6。多個(gè)關(guān)節(jié)部j1、j2、j3、j4、j5、j6從基部1依序配置。一般而言，第1、第2、第3軸ra1、ra2、ra3被稱為根部3軸，第4、第5、第6軸ra4、ra5、ra6被稱為改變手部3的姿勢(shì)的腕部3軸。構(gòu)成根部3軸的關(guān)節(jié)部j1、j2、j3的至少一個(gè)為直動(dòng)關(guān)節(jié)。這里，第3關(guān)節(jié)部j3構(gòu)成為直動(dòng)關(guān)節(jié)、尤其是伸縮距離相對(duì)較長(zhǎng)的關(guān)節(jié)部。第1關(guān)節(jié)部j1是以例如被基座面垂直支撐的第1旋轉(zhuǎn)軸ra1為中心的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。第2關(guān)節(jié)部j2是以與第1旋轉(zhuǎn)軸ra1垂直配置的第2旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心的彎曲關(guān)節(jié)。第3關(guān)節(jié)部j3是以與第2旋轉(zhuǎn)軸ra2垂直配置的第3軸(移動(dòng)軸)ra3為中心的直線伸縮的關(guān)節(jié)。第4關(guān)節(jié)部j4是以與第3移動(dòng)軸ra3一致的第4旋轉(zhuǎn)軸ra4為中心的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第5關(guān)節(jié)部j5是以與第4旋轉(zhuǎn)軸ra4正交的第5旋轉(zhuǎn)軸ra5為中心的彎曲關(guān)節(jié)。第6關(guān)節(jié)部j6是以與第4旋轉(zhuǎn)軸ra4正交、且與第5旋轉(zhuǎn)軸ra5垂直配置的第6旋轉(zhuǎn)軸ra6為中心的彎曲關(guān)節(jié)。

通過第1關(guān)節(jié)部j1的扭動(dòng)旋轉(zhuǎn)，臂部2與手部3一起旋轉(zhuǎn)。通過第2關(guān)節(jié)部j2的彎曲旋轉(zhuǎn)，臂部2與手部3一起以第2關(guān)節(jié)部j2的第2旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心進(jìn)行起伏移動(dòng)。形成基部1的臂支撐體(第1支撐體)11a具有以第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1為中心形成的圓筒形狀的中空構(gòu)造。第1關(guān)節(jié)部j1安裝在未圖示的固定臺(tái)。當(dāng)?shù)?關(guān)節(jié)部j1旋轉(zhuǎn)時(shí)，第1支撐體11a與臂部2的旋轉(zhuǎn)一起進(jìn)行軸旋轉(zhuǎn)。另外，第1支撐體11a也可固定在接地層。在此情形時(shí)，設(shè)為與第1支撐體11a分開而臂部2獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造。在第1支撐體11a的上部連接有第2支撐體11b。

第2支撐體11b具有與第1支撐體11a連續(xù)的中空構(gòu)造。第2支撐體11b的一端是安裝在第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)部。第2支撐體11b的另一端開放，第3支撐體11c在第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2上自由旋轉(zhuǎn)地嵌入。第3支撐體11c具有與第1支撐體11a及第2支撐體連通的鱗片狀的中空構(gòu)造。第3支撐體11c伴隨第2關(guān)節(jié)部j2的彎曲旋轉(zhuǎn)而其后部收納或送出至第2支撐體11b。構(gòu)成臂部2的直動(dòng)關(guān)節(jié)部的第3關(guān)節(jié)部j3的后部是通過其收縮而被收納在第1支撐體11a與第2支撐體11b連續(xù)的中空構(gòu)造的內(nèi)部。

第1關(guān)節(jié)部j1包含圓環(huán)形狀的固定部及旋轉(zhuǎn)部，固定部固定在基座。在旋轉(zhuǎn)部安裝有第1支撐體11a及第2支撐體11b。當(dāng)?shù)?關(guān)節(jié)部j1旋轉(zhuǎn)時(shí)，第1、第2、第3支撐體11a、11b、11c以第1旋轉(zhuǎn)軸ra1為中心而與臂部2及手部3一起旋轉(zhuǎn)。

第3支撐體11c是其后端下部以旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心自由旋轉(zhuǎn)地嵌入至第2支撐體11b的開放端下部。由此，構(gòu)成作為以旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心的彎曲關(guān)節(jié)部的第2關(guān)節(jié)部j2。當(dāng)?shù)?關(guān)節(jié)部j2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，臂部2與手部3一起以第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心朝垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)、即起伏動(dòng)作。第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2設(shè)為與作為扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部的第1關(guān)節(jié)部j1的第1旋轉(zhuǎn)軸ra1垂直。

如上所述，作為關(guān)節(jié)部的第3關(guān)節(jié)部j3是構(gòu)成臂部2的主要構(gòu)成部分。在臂部2的前端設(shè)有所述手部3。通過第1至第6關(guān)節(jié)部j1-j6的旋轉(zhuǎn)、彎曲、伸縮，可將手部3的2指手16配置為任意的位置·姿勢(shì)。特別是，第3關(guān)節(jié)部j3的直動(dòng)伸縮距離的長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)手部3對(duì)基部1的附近位置至遠(yuǎn)距離位置的大范圍的對(duì)象的作用。

第3關(guān)節(jié)部j3的特征為通過構(gòu)成的直動(dòng)伸縮臂機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)直動(dòng)伸縮距離的長(zhǎng)度。直動(dòng)伸縮距離的長(zhǎng)度通過圖2、圖3所示的構(gòu)造達(dá)成。直動(dòng)伸縮臂機(jī)構(gòu)具有第1連結(jié)鏈節(jié)排21及第2連結(jié)鏈節(jié)排20。在臂部2水平配置的標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下，第1連結(jié)鏈節(jié)排21位于第2連結(jié)鏈節(jié)排20的下部，第2連結(jié)鏈節(jié)排20位于第1連結(jié)鏈節(jié)排21的上部。

第1連結(jié)鏈節(jié)排21具有相同的剖面コ字形狀，包含通過銷而在背面部位排狀連結(jié)的多個(gè)第1連結(jié)鏈節(jié)23。具備如下性質(zhì)：因利用第1連結(jié)鏈節(jié)23的剖面形狀及銷實(shí)現(xiàn)的鏈接位置，而第1連結(jié)鏈節(jié)排21可向其背面方向bd彎曲但無法反過來朝表面方向fd彎曲。第2連結(jié)鏈節(jié)排20具有寬度與第1連結(jié)鏈節(jié)23大致相等的大致平板形狀，包含以在背面方向及表面方向均可彎曲的狀態(tài)利用銷排狀連結(jié)的多個(gè)第2連結(jié)鏈節(jié)22。第1連結(jié)鏈節(jié)排21是通過結(jié)合鏈節(jié)26而與第2連結(jié)鏈節(jié)排20在前端部結(jié)合。結(jié)合鏈節(jié)26具有第1連結(jié)鏈節(jié)23與第2連結(jié)鏈節(jié)22成為一體的形狀。結(jié)合鏈節(jié)26為始端，第2連結(jié)鏈節(jié)排20與第1連結(jié)鏈節(jié)排21同時(shí)從第3支撐體11c送出時(shí)，第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20相互接合。第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20是通過結(jié)合鏈節(jié)26而在前端部結(jié)合，各自的后部被保持在第3支撐體11c的內(nèi)部防止脫出，由此保持接合狀態(tài)。當(dāng)?shù)?連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20保持接合狀態(tài)時(shí)，第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20的彎曲被限制，由此由第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20構(gòu)成具備一定剛性的柱狀體。當(dāng)?shù)?連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20相互分離時(shí)，彎曲限制被解除，分別恢復(fù)成可彎曲的狀態(tài)。第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20在第3支撐體11c的開口附近接合并被送出。第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20在第3支撐體11c的內(nèi)部分離，分別變成可彎曲的狀態(tài)。第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20單獨(dú)地彎曲，且在第1支持體11a的內(nèi)部單獨(dú)地收納。

如圖2所示，在第2連結(jié)鏈節(jié)22的內(nèi)側(cè)分別形成線性齒輪22a。線性齒輪22a在第2連結(jié)鏈節(jié)22成直線狀時(shí)鏈接，而構(gòu)成連續(xù)的線性齒輪。如圖3所示，第2連結(jié)鏈節(jié)22在第3支撐體11c內(nèi)被夾持在輥r1與驅(qū)動(dòng)齒輪24a之間。線性齒輪22a嚙合在驅(qū)動(dòng)齒輪24a。驅(qū)動(dòng)齒輪24a通過馬達(dá)m1而正向旋轉(zhuǎn)，由此第2連結(jié)鏈節(jié)排20與第1連結(jié)鏈節(jié)排21同時(shí)從第3支撐體11c被送出。這時(shí)，第1連結(jié)鏈節(jié)排21與第2連結(jié)鏈節(jié)排20被設(shè)在第3支持體11c的開口附近的一對(duì)上下輥r2、r4夾持，相互擠壓而接合，在該狀態(tài)下沿著第3移動(dòng)軸ra3直線地被送出。驅(qū)動(dòng)齒輪24a通過馬達(dá)m1而逆向旋轉(zhuǎn)，由此第2連結(jié)鏈節(jié)排20與第1連結(jié)鏈節(jié)排21在第3支持體11c的內(nèi)部在上下輥r2、r4的后方解除接合狀態(tài)而相互分離。分離后的第2連結(jié)鏈節(jié)排20與第1連結(jié)鏈節(jié)排21分別恢復(fù)為可彎曲的狀態(tài)，被設(shè)在第2、第3支撐體11b、11c的內(nèi)部的導(dǎo)軌引導(dǎo)，朝沿著第1旋轉(zhuǎn)軸ra1的方向彎曲，并收納至第1支撐體11a的內(nèi)部。

如圖1所示，手部3配備在臂部2的前端。手部3通過第1、第2、第3關(guān)節(jié)部j1、j2、j3而移動(dòng)至任意位置，通過第4、第5、第6關(guān)節(jié)部j4、j5、j6而配置成任意姿勢(shì)。手部3具有開閉的2個(gè)指部16a、16b。第4關(guān)節(jié)部j4是具有與沿著臂部2的伸縮方向的臂部2的中心軸、即第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3典型一致的旋轉(zhuǎn)軸ra4的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。如果第4關(guān)節(jié)部j4旋轉(zhuǎn)，則手部3從第4關(guān)節(jié)部j4朝前端以旋轉(zhuǎn)軸ra4為中心旋轉(zhuǎn)。

第5關(guān)節(jié)部j5是具有與第4關(guān)節(jié)部j4的移動(dòng)軸ra4正交的旋轉(zhuǎn)軸ra5的彎曲關(guān)節(jié)部。如果第5關(guān)節(jié)部旋轉(zhuǎn)，則手部16從第5關(guān)節(jié)部j5朝前端上下轉(zhuǎn)動(dòng)。第6關(guān)節(jié)部j6是具有與第4關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4正交、與第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5垂直的旋轉(zhuǎn)軸ra6的彎曲關(guān)節(jié)。如果第6關(guān)節(jié)部j6旋轉(zhuǎn)則手部16左右旋轉(zhuǎn)。

圖4利用圖中符號(hào)表現(xiàn)來表示圖1的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂機(jī)構(gòu)通過構(gòu)成根部3軸的第1關(guān)節(jié)部j1、第2關(guān)節(jié)部j2及第3關(guān)節(jié)部j3、以及構(gòu)成腕部3軸的第4關(guān)節(jié)部j4、第5關(guān)節(jié)部j5及第6關(guān)節(jié)部j6，實(shí)現(xiàn)3個(gè)位置自由度及3個(gè)姿勢(shì)自由度。第1關(guān)節(jié)部j1配設(shè)在第1支撐體11a與第2支撐體11b之間，構(gòu)成以旋轉(zhuǎn)軸ra1為中心的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。旋轉(zhuǎn)軸ra1與設(shè)置有第1關(guān)節(jié)部j1的固定部的基座的基準(zhǔn)面bp垂直地配置。規(guī)定z軸與旋轉(zhuǎn)軸ra1平行。為了便于說明，規(guī)定與以z軸為中心的第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)同時(shí)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(xyz)。

第2關(guān)節(jié)部j2構(gòu)成以旋轉(zhuǎn)軸ra2為中心的彎曲關(guān)節(jié)。第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2設(shè)為與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的x軸平行。第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2設(shè)為與第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1垂直的朝向。再者，第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2配置在相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1而與y軸方向隔開的位置。即，第2關(guān)節(jié)部j2是其旋轉(zhuǎn)軸ra2配置于在與第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1及第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2正交的方向上和第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1隔開的位置。在此方向上第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2與第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1隔開既定距離(偏移距離)l1。由此，第2關(guān)節(jié)部j2設(shè)為其旋轉(zhuǎn)軸ra2與第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1不交叉(偏移)的狀態(tài)。以第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2在所述方向以偏移距離l1從第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1偏移的方式，將第2支撐體11b安裝在第1支撐體11a。在第1關(guān)節(jié)部j1連接第2關(guān)節(jié)部j2的虛設(shè)的臂桿部分(鏈接部分)具有前端彎成直角的2個(gè)鉤形狀體組合而成的曲柄形狀。該虛設(shè)的臂桿部分是由具有中空構(gòu)造的第1、第2支撐體11a、11b構(gòu)成。

另外，以第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2如上所述以從第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1偏移的方式將第2關(guān)節(jié)部j2配置在第1關(guān)節(jié)部j1的構(gòu)造，當(dāng)然包括使第2關(guān)節(jié)部j2的構(gòu)造的中心在y軸方向僅以偏移距離l1從第1關(guān)節(jié)部j1的構(gòu)造的中心偏移而配置，此外也包含在x軸方向、即沿著第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的方向也偏移任意距離而配置的構(gòu)成。

第3關(guān)節(jié)部j3是構(gòu)成為以移動(dòng)軸ra3為中心的直動(dòng)關(guān)節(jié)。第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3設(shè)為與第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2垂直的朝向。在第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)角為零度、即臂部2的起伏角為零度且臂部2為水平的標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下，第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3設(shè)在與第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2及第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1同時(shí)垂直的方向。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3設(shè)為與和x軸及z軸垂直的y軸平行。再者，第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3從第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2朝與此旋轉(zhuǎn)軸ra2及移動(dòng)軸ra3正交的方向隔開。第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3與第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2之間的距離(偏移距離)為l2。移動(dòng)軸ra3與旋轉(zhuǎn)軸ra2不交叉(偏移)。

這樣，第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3設(shè)為與第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2垂直，且配置在從第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2僅以偏移距離l2隔開的位置，以第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2設(shè)置的方式，在構(gòu)造上將第3關(guān)節(jié)部j3配置在第2關(guān)節(jié)部j2。在第2關(guān)節(jié)部j2連接第3關(guān)節(jié)部j3的虛設(shè)的臂桿部分(鏈接部分)具有前端垂直彎曲的鉤形狀體。該虛設(shè)的臂桿部分由第2、第3支撐體11b、11c構(gòu)成。

另外，以第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3如上所述以從第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2偏移的方式，將第3關(guān)節(jié)部j3配置在第2關(guān)節(jié)部j2的構(gòu)造上，當(dāng)然包含使第3關(guān)節(jié)部j3的中心線(移動(dòng)軸ra3)僅以偏移距離l2從第2關(guān)節(jié)部j2的構(gòu)造的中心偏移而配置，此外也包含在x軸方向、即沿著第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的方向也偏移任意距離而配置的構(gòu)成。

第4關(guān)節(jié)部j4構(gòu)成以旋轉(zhuǎn)軸ra4為中心的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。第4關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4以與第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3大致一致的方式配置。第5關(guān)節(jié)部j5構(gòu)成以旋轉(zhuǎn)軸ra5為中心的彎曲關(guān)節(jié)。第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5以與第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3及第4關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4大致正交的方式配置。第6關(guān)節(jié)部j6構(gòu)成以旋轉(zhuǎn)軸ra6為中心的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6以與第4關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4及第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5大致正交的方式配置。第6關(guān)節(jié)部j6用于使作為末端效應(yīng)器的手部3旋轉(zhuǎn)而設(shè)置，可作為其旋轉(zhuǎn)軸ra6與第4關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4及第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5大致正交的彎曲關(guān)節(jié)而安裝。

如圖5所示，第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1與第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的偏移距離l2不同。如圖5(a)所示，第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1設(shè)定為比第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的偏移距離l2長(zhǎng)。如圖5(b)所示，第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1，也可設(shè)定為比第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的偏移距離l2短。

另外，如圖6(a)所示，也可將第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1保持為既定值，將第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的偏移距離l2設(shè)為零值。即，也可使第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1偏移，且不使第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2偏移，而是使第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2正交。另外，如圖6(b)所示，也可將第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2的偏移距離l2保持為既定值，將第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1設(shè)為零值。即，也可使第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3相對(duì)于第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2偏移，且不使第2關(guān)節(jié)部j2的移動(dòng)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1偏移，而是使第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1正交。

根據(jù)本實(shí)施方式，將多個(gè)關(guān)節(jié)部j1-j6的尤其是根部3軸中的至少一個(gè)彎曲關(guān)節(jié)部更換為直動(dòng)關(guān)節(jié)部，進(jìn)而如圖5所示，使第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2僅以偏移距離l1從第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1隔開，使第3關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3以與偏移距離l1不同的偏移距離l2從第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2隔開，且如圖6所示，將偏移距離l1與偏移距離l2的一方設(shè)為零值，僅使旋轉(zhuǎn)軸ra1與旋轉(zhuǎn)軸ra2、旋轉(zhuǎn)軸ra2與移動(dòng)軸ra3的一方隔開，由此如圖5、圖6所示，即便以臂部2最大延伸的方式使彎曲關(guān)節(jié)部j2、j5旋轉(zhuǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1從其它扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4僅以偏移距離l1與偏移距離l2的差偏移的配置，故而如圖13(a)、圖13(b)所示，扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j4的旋轉(zhuǎn)軸ra4不會(huì)排成一直線，從而可從構(gòu)造上消除該奇點(diǎn)姿勢(shì)。

另外，如圖7所示，彎曲關(guān)節(jié)部j2、j5的旋轉(zhuǎn)軸ra2、ra5在垂直方向呈一直線狀排列，看上去好像奇點(diǎn)姿勢(shì)，但本實(shí)施方式中，通過將第3關(guān)節(jié)部j3設(shè)為直動(dòng)關(guān)節(jié)而可以利用第3關(guān)節(jié)部j3的伸縮避免該排列，因此并不是奇點(diǎn)姿勢(shì)，可以容易地理解從構(gòu)造上能有效地消除奇點(diǎn)姿勢(shì)。

再者，在本實(shí)施方式中，如圖8所示，在第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1，比第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l2長(zhǎng)的情形時(shí)，以第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3不同于偏移距離l1與偏移距離l2差(l1－l2)的方式，配設(shè)第5關(guān)節(jié)部j5及第6關(guān)節(jié)部j6。如圖8(a)所示，第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3設(shè)為比偏移距離l1與偏移距離l2的差(l1－l2)短，或者如圖8(b)所示，第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3，設(shè)為比偏移距離l1與偏移距離l2的差(l1－l2)長(zhǎng)。

同樣地，如圖9所示，在第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l1，比第2關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2相對(duì)于第1關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1的偏移距離l2短的情形時(shí)，以第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3不同于偏移距離l1與偏移距離l2的差(l2－l1)的方式，配設(shè)第5關(guān)節(jié)部j5與第6關(guān)節(jié)部j6。如圖9(a)所示，第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3，設(shè)為比偏移距離l1與偏移距離l2的差(l2－l1)短，或者如圖9(b)所示，第5關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與第6關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3，設(shè)為比偏移距離l1與偏移距離l2的差(l2－l1)長(zhǎng)。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸ra5與旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3同偏移距離l1與偏移距離l2的差實(shí)質(zhì)上相同時(shí)，如圖13(a)所示，從標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)將彎曲關(guān)節(jié)部j2旋轉(zhuǎn)90度，將彎曲關(guān)節(jié)部j5反方向旋轉(zhuǎn)90度的情形時(shí)，且如圖13(b)所示，從標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)將彎曲關(guān)節(jié)部j2旋轉(zhuǎn)90度，將彎曲關(guān)節(jié)部j5同方向旋轉(zhuǎn)90度的情形時(shí)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6成一直線的奇點(diǎn)姿勢(shì)。然而，如圖8、圖9所示，以旋轉(zhuǎn)軸ra5與旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3不同于偏移距離l1與偏移距離l2的差的方式配設(shè)第5關(guān)節(jié)部j5及第6關(guān)節(jié)部j6，由此如圖8(a)、圖9(a)所示，可使扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6，以從偏移距離l1與偏移距離l2的差減去旋轉(zhuǎn)軸ra5與旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3所得的距離偏移，從而可從構(gòu)造上消除扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6成一直線的奇點(diǎn)姿勢(shì)。同樣地，如圖8(b)、圖9(b)所示，可使扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6，以從偏移距離l1與偏移距離l2的差減去旋轉(zhuǎn)軸ra5與旋轉(zhuǎn)軸ra6的距離l3所得的距離偏移，從而可從構(gòu)造上消除扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6成一直線的奇點(diǎn)姿勢(shì)。

另外，在圖10例示的特定條件下，也可采用彎曲關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與彎曲關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3，同偏移距離l1與偏移距離l2的差(l1－l2)一致的構(gòu)造。當(dāng)然，彎曲關(guān)節(jié)部j2的起伏角(旋轉(zhuǎn)角)θ1存在構(gòu)造上的旋轉(zhuǎn)極限。另外，彎曲關(guān)節(jié)部j2的起伏角(旋轉(zhuǎn)角)θ1將臂部2為水平姿勢(shì)、換言之直動(dòng)關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3水平時(shí)的角度設(shè)為零度，將上方設(shè)為正角、下方設(shè)為負(fù)角而表示者。此外，彎曲關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)角θ2將彎曲關(guān)節(jié)部j5與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的中心點(diǎn)間軸(鏈路軸)la56和直動(dòng)關(guān)節(jié)部j3的移動(dòng)軸ra3一致時(shí)的角度設(shè)為零度，將上方設(shè)為正角、下方設(shè)為負(fù)角而表示者。在圖10中將最大起伏角(最大旋轉(zhuǎn)角)表述為θ1max。且彎曲關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)角θ2也存在構(gòu)造上的旋轉(zhuǎn)極限，將其最大旋轉(zhuǎn)角表述為θ2max。在扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j4為基準(zhǔn)角、即彎曲關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與彎曲關(guān)節(jié)部j2的旋轉(zhuǎn)軸ra2平行的姿勢(shì)下，即便具有該等彎曲關(guān)節(jié)部j2的最大旋轉(zhuǎn)角θ1max及彎曲關(guān)節(jié)部j5的最大旋轉(zhuǎn)角θ2max時(shí)彎曲關(guān)節(jié)部j5與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的鏈路軸la56也不會(huì)變得水平的條件下，扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6不會(huì)與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1平行，因此可以說該姿勢(shì)不會(huì)變成奇點(diǎn)姿勢(shì)。典型而言，彎曲關(guān)節(jié)部j2的最大旋轉(zhuǎn)角θ1max不到90°，彎曲關(guān)節(jié)部j5的最大旋轉(zhuǎn)角θ2max不到(90°+(90°－θ1max))。在此條件下，本實(shí)施方式的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)中，彎曲關(guān)節(jié)部j5的旋轉(zhuǎn)軸ra5與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6之間的距離l3可能和偏移距離l1與偏移距離l2的差(l1－l2)一致。

另外，如圖13(c)所示，在從基準(zhǔn)姿勢(shì)將彎曲關(guān)節(jié)部j2旋轉(zhuǎn)90度以外的角度，且旋轉(zhuǎn)彎曲關(guān)節(jié)部j5使得扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6變得垂直的情形時(shí)，有可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1與扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6成一直線的奇點(diǎn)姿勢(shì)。

在本實(shí)施方式中，如圖11所示，為了使構(gòu)造上不產(chǎn)生該奇點(diǎn)姿勢(shì)，以彎曲關(guān)節(jié)部j2至其構(gòu)造上的最大起伏角θmax(該情形時(shí)超過90°)旋轉(zhuǎn)后的狀態(tài)下扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j6的旋轉(zhuǎn)軸ra6在扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部j1的旋轉(zhuǎn)軸ra1近前停止的方式，調(diào)整鏈路長(zhǎng)(關(guān)節(jié)中心點(diǎn)間距離)d0-d5的組合。如圖12所示，d0是第1關(guān)節(jié)部j1與第2關(guān)節(jié)部j2之間的鏈路長(zhǎng)，d1是第1關(guān)節(jié)部j1與第2關(guān)節(jié)部j2之間的鏈路長(zhǎng)，d2是第2關(guān)節(jié)部j2與第3關(guān)節(jié)部j3之間的鏈路長(zhǎng)，d3+δd(δd為直動(dòng)關(guān)節(jié)部j3的最大伸長(zhǎng)距離)是第2關(guān)節(jié)部j2與第4關(guān)節(jié)部j4之間的鏈路長(zhǎng)，d4是第4間接部j4與第5關(guān)節(jié)部j5之間的鏈路長(zhǎng)距離，d5是第5間接部j5與第6關(guān)節(jié)部j6之間的鏈路長(zhǎng)。

根據(jù)本實(shí)施方式，可以通過構(gòu)造上的處理消除或減少可動(dòng)范圍內(nèi)的各種奇點(diǎn)姿勢(shì)的產(chǎn)生。

雖然對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是這些實(shí)施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本發(fā)明的范圍。對(duì)于這些新的實(shí)施方式，能夠以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換、及變更。這些實(shí)施方式和其變形，包含于本發(fā)明的范圍和要旨的同時(shí)，也包含于權(quán)利要求書中記載的發(fā)明及其均等范圍內(nèi)。

符號(hào)說明

1：基部

2：臂部

3：末端效應(yīng)器

j1、j2、j4、j5、j6：旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部

j3：直動(dòng)關(guān)節(jié)部

11a：第1支撐體

11b：第2支撐體

11c：第3支撐體

20：第2連結(jié)鏈節(jié)排

21：第1連結(jié)鏈節(jié)排

22：第2連結(jié)鏈節(jié)

23：第1連結(jié)鏈節(jié)

26：結(jié)合鏈節(jié)

l1、l2、l3：偏移距離