专利名称：关节构造体及机器人手臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以应用于机器人手臂等机械装置的关节机构中的关节构造体及具备该关节构造体的机器人手臂。
背景技术：
以往，在多关节的机器人手臂中，通常为将驱动关节的促动器配设于关节部或其附近的构造，然而此种构造中，由于在人形手臂的手腕等靠近手指的部分配设重量大的电动机等，因此手指的惯性变大，成为手指的位置控制性能提高的阻碍，或在碰撞时带来很大的冲击，在安全方面是必须考虑的。
针对此种问题，开发出如下的金属线驱动方式的机器人手臂，即，在远离所要驱动的关节而靠近基部的部分配设促动器，利用金属线来传递驱动力。金属线驱动方式的机器人手臂由于可以将手指轻量化地构成，因此具有能够高速驱动等优良的特征。
但是，金属线驱动方式的机器人手臂中，为了进一步减小手指侧的惯性，在安装了手臂的作为底座部的躯体部上配设促动器，在驱动手腕部等时，增长金属线的缠绕距离的情况下，就需要在途中跨越人形手臂的肘等关节而配设金属线。该情况下，当位于途中的关节的运动被驱动时，则会产生如下等问题，即，金属线的路径长度发生变化，由金属线驱动的手腕等的末梢的部分的关节的运动受到影响。
针对该问题，在专利文献1(专利第3290709号公报)中，公布了具有以偏离关节的旋转中心的方式配设的一对导轮的构成。另外，专利文献2(特公平6-77914号公报)中，公布了具有旋转中心伴随着关节的运动而旋转运动的金属线导轮的构成。
但是，所述专利文献1的构成中，无法完全地去除由关节的运动造成的金属线的路径长度的变化，途中的关节的旋转角度越大，则路径长度的变化就越大。另外，所述专利文献2的构成中，由于当伴随着关节的旋转，产生金属线导轮的旋转运动时，则在将关节弯曲的状态下，在金属线被向头端侧手臂构件的方向弯曲之前，金属线的路径被金属线导轮向与头端侧手臂构件相反的方向弯曲，因此就无法使得无论关节如何运动，都将金属线的路径保持一定。
发明内容
本发明的目的在于，解决所述以往的关节机构的问题，提供能够完全不受关节的运动的影响地传递驱动力的关节构造体及具备该关节构造体的机器人手臂。
为了达成所述目的，本发明如下所示地构成。
根据本发明的第一方式，提供一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的旋转导轮；配设于所述第一构造体上，并且具有圆弧部分的固定导引；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；以所述旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述固定导引的顺序跨设的金属线；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
根据本发明，可以不受所述旋转关节的旋转运动影响，将配设于第一构造体上的第二驱动装置(例如直动式促动器)的驱动力跨越旋转关节向手腕等的末梢部分(例如手)传递。
所以，可以将驱动机器人手臂的手腕等的运动的促动器之类的第二驱动装置配设于机器人手臂的基部侧，从而能够使机器人手臂的头端侧的惯性变小，对于位置控制或力控制的控制性能提高，并且能够使其高速地动作。另外，由于惯性小，因此动能也变小，碰撞时的安全性也会提高。
本发明的这些以及其他目的和特征将由有关针对附图的优选的实施方式的如下的记述来阐明。该附图中，图1A是表示将本发明的第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的俯视图。
图1B是表示将本发明的第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的仰视图。
图2是表示本发明的第一实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图3是表示作为本发明的第一实施方式的关节构造体的驱动装置的一个例子可以构成直动式促动器组的气动人造肌肉的构造的图。
图4是表示用于驱动所述气动人造肌肉的压缩气供给驱动系统的构成的图。
图5A是表示将本发明的第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的动作的侧视图。
图5B是表示将本发明的第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的动作的侧视图。
图6A是表示第一直动式促动器动作时的本发明的第一实施方式的关节构造体的金属线引导动作的图。
图6B是表示第二直动式促动器动作时的本发明的第一实施方式的关节构造体的金属线引导动作的图。
图7是表示本发明的第二实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图8是表示本发明的第三实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图9A是表示将本发明的第四实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的侧视图。
图9B是表示将本发明的第四实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的侧视图。
图10是表示本发明的第四实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图11是表示本发明的第四实施方式的关节构造体的动作的图。
图12是表示将本发明的第五实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的俯视图。
图13是表示本发明的第五实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图14是表示本发明的第五实施方式的关节构造体的动作的图。
图15是表示将本发明的第六实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的俯视图。
图16是表示本发明的第六实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。
图17是表示本发明的第六实施方式的关节构造体的动作的图。
图18A是表示将本发明的其他实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的侧视图。
图18B是表示将本发明的其他实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的大致整体的仰视图。
图19A是本发明的第七实施方式的关节机构的金属线引导机构的构造，是夹子打开状态的整体图。
图19B是本发明的第七实施方式的关节机构的金属线引导机构的构造，是夹子关闭状态的整体图。
图19C是本发明的第七实施方式的关节机构的金属线引导机构的构造，是夹子摆动状态的整体图。
图20是表示本发明的第七实施方式的关节机构的金属线引导机构的构造的立体图。
具体实施例方式
在继续本发明的记述之前，在附图中对相同部件使用相同的参照符号。
以下，在基于附图对本发明的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种方式进行说明。
根据本发明的第一方式，提供一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的旋转导轮；配设于所述第一构造体上，并且具有圆弧部分的固定导引；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；以所述旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述固定导引的顺序跨设的金属线；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
根据本发明的第二方式，提供如下的第一方式中所述的关节构造体，其特征是，所述固定导引是作为固定于所述第一构造体上的构件的一部分而构成的。
根据本发明的第三方式，提供如下的第一方式中所述的关节构造体，其特征是，所述可动旋转导轮是将导引槽位于与包含所述旋转导轮的导引槽的平面相同面内的第一可动旋转导轮、导引槽位于与包含所述固定导引的导引槽的平面相同面内的第二可动旋转导轮一体化构成的构造。
根据本发明的第四方式，提供如下的第一方式中所述的关节构造体，其特征是，所述可动旋转导轮具有位于与包含所述旋转导轮的导引槽的平面相同面内的第一导引槽、位于与包含所述固定导引的导引槽的平面相同面内的第二导引槽。
根据本发明的第五方式，提供一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；第一旋转导轮和第二旋转导轮，其被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地分别配设于所述第一构造体或第二构造体上，并且可以相互相对地旋转；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；被可以自由旋转地配设于所述第二构造体上的辅助旋转导轮；金属线，其被以所述第一旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述第二旋转导轮、所述辅助旋转导轮的顺序跨设，并且将两个端部固定于所述第二驱动装置上；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述第一及第二旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述第一及第二旋转导轮的距离，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述第一及第二旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
根据本发明的第六方式，提供一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的第三旋转导轮；被可以自由旋转地配设于所述第二构造体上的第四旋转导轮；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离；金属线，其被以所述第三旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述第四旋转导轮的顺序跨设，并且将一个端部固定于所述第二驱动装置上，将另一个端部固定于所述第四旋转导轮上，并且具备第一平行连杆，其一个端部由所述第一构造体自由旋转地支承；第二平行连杆，其一个端部与所述第一平行连杆的另一个端部自由旋转地连结，另一个端部被固定于所述第四旋转导轮上，构成以所述第一平行连杆的所述一个端部被支承在所述第一构造体上的部分、所述第一平行连杆的所述另一个端部与所述第二平行连杆的所述一个端部所被连结的部分、所述第二平行连杆的所述另一个端部与所述第四旋转导轮所被固定的部分、所述第四旋转导轮的自由旋转地配设于所述第二构造体上的部分作为四个支点的四节平行连杆构造，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述第三旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
根据本发明的第七方式，提供一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的旋转导轮；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离；金属线，其被以所述旋转导轮、所述可动旋转导轮的顺序跨设，并且将一个端部固定于所述第二驱动装置上，将另一个端部固定于所述可动旋转导轮上，并且具备第一平行连杆，其一个端部由所述第一构造体自由旋转地支承；第二平行连杆，其一个端部与所述第一平行连杆的另一个端部自由旋转并且自由滑动地连结，另一个端部被固定于所述可动旋转导轮上，构成以所述第一平行连杆的所述一个端部被支承在所述第一构造体上的部分、所述第一平行连杆的所述另一个端部与所述第二平行连杆的所述一个端部所被连结的部分、所述第二平行连杆的所述另一个端部与所述可动旋转导轮所被固定的部分、所述旋转导轮的自由旋转地配设于所述第二构造体上的部分作为四个支点的四节平行连杆构造，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
根据本发明的第八方式，提供一种机器人手臂，其特征是，具备第一～第七方式的任意一项中所述的关节构造体、配置于所述第二构造体的与所述旋转关节侧相反一侧的头端的手、将所述可动旋转导轮与所述手连结的手驱动用金属线，通过使所述可动旋转导轮在所述第二构造体上相对地可动，而利用所述手驱动用金属线将所述手相对于所述第二构造体旋转驱动。
以下，将基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(第一实施方式)
图1A及图1B是表示本发明的第一实施方式的关节构造体的整体图。图1A及图1B中，以将第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂100中的情况为例而表示了构造。
图1A及图1B中，1为棒状的第一构造体，形成机器人手臂100的上臂部。2为棒状的第二构造体，形成机器人手臂100的前臂部。第一构造体1和第二构造体2由第一旋转关节3连接，第一构造体1和第二构造体2能够以第一旋转关节3的旋转轴3a为中心进行正反旋转。作为一个例子，如图1B所示，第二构造体2的第一旋转关节侧端部被制成分支为两股的分支部2a，在该分支部2a内夹入第一构造体1的下端部，从而与关节轴3a相对自由旋转地连接。
4-1、4-2分别作为第一驱动装置的一个例子，是能够构成第一直动式促动器的例如气动人造肌肉等2条第一直动式促动器，在固定于第一构造体1的上端部的支承板1a上分别固定2条第一直动式促动器4-1、4-2的上端部。通过将2条第一直动式促动器4-1、4-2的下端部分别自由旋转地连接在将各自的基端部固定于第二构造体2上的旋转接头5-1、5-2的转动端，而将2条第一直动式促动器4-1、4-2与第一构造体和第二构造体连接，驱动第一构造体1与第二构造体2在第一旋转关节3中的正反旋转运动。即，棒状的旋转接头5-1、5-2的基端部被固定于第二构造体2上，在该接头5-1、5-2的头端部自由旋转地连结第一直动式促动器4-1、4-2的下端部。旋转接头5-1和接头5-2被相对于第一旋转关节3的旋转轴3a对称地配置，其结果是，当第一直动式促动器4-1的下端部上升，并且第一直动式促动器4-2的下端部下降时，则第二构造体2就会绕着第一旋转关节3的旋转轴3a顺时针转动。另一方面，与之相反，当第一直动式促动器4-1的下端部下降，并且第一直动式促动器4-2的下端部上升时，则第二构造体2就会绕着第一旋转关节3的旋转轴3a逆时针转动。
6-1、6-2(图1A中虽然因重合而未图示，然而将眼前侧的第二直动式促动器设为6-1，将里侧的第二直动式促动器设为6-2)分别作为第二驱动装置的一个例子，是能够构成第二直动式促动器的例如气动人造肌肉或电动机、气缸等2条直动式促动器，利用2条第二直动式促动器6-1、6-2，来拉伸驱动将各自的端部固定于第二直动式促动器6-1、6-2的下端的手臂弯曲用金属线7-1、7-2。
构成所述直动式促动器4-1、4-2、6-1、6-2的各条气动人造肌肉如图3所示，形成如下的构造，即，在由橡胶材料构成的管状弹性体15的外表面，配设由纤维绳构成的束缚构件16，将管状弹性体15的两个端部用密封构件17分别气密性密封。当通过穿过设于管状弹性体15的一方的端部的密封构件17上的流体注入流出构件18，将空气等压缩性流体向管状弹性体15内供给，而对管状弹性体15的内部空间赋予内压时，则管状弹性体15就会主要沿半径方向膨胀，然而因束缚构件16的作用而被变换为管状弹性体15的中心轴方向的运动，管状弹性体15的全长收缩。该气动人造肌肉由于主要由弹性体构成，因此具有如下特征，即，具有柔软性，是安全而轻质的促动器。
8-1、8-2是带有导引槽8a的旋转导轮，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a同轴，并且借助轴承等在旋转轴3a上自由旋转地配设于第二构造体2上，可以相对于第二构造体2绕着旋转轴3a自由旋转运动。图1A中，里侧的旋转导轮8-2由于处于眼前侧的旋转导轮8-1的影部而并未图示，但是被显示于图1B中。
9-1、9-2是作为固定导引的一个例子的带有导引槽9a的固定导轮，半径与旋转导轮8-1、8-2相等，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a同轴，并且分别处于旋转导轮8-1、8-2的外侧地配设。该固定导轮9-1、9-2在旋转轴3a处被固定于第一构造体1上，在固定导轮9-1、9-2与第一构造体1之间不产生相对的旋转运动。图1A中，由于里侧的固定导轮9-2处于眼前侧的固定导轮9-1的影部，因此并未图示，但是被显示于图1B中。而且，旋转轴3a分别被固定于第二构造体2上。
10-1、10-2是配置于第二构造体2的中间部分的带有导引槽10a的可动旋转导轮，被配设于杆11-1的上端部和杆的下端部11-2，可以绕着旋转轴10-1a、10-2a旋转。杆11-1的下端部及杆11-2的上端部被配设于夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，杆11-1的下端部及杆11-2的上端部能够以支点11-1a、11-2a为中心而进行摆动运动。
12是用于握持物品等的手，由第二旋转关节13与第二构造体2连接，能够相对于第二构造体2绕着旋转轴13a相对地进行摆动运动。
14-1、14-2是手驱动用金属线，端部分别固定于可动旋转导轮10-1、10-2的旋转轴10-1a、10-2a上，另一方的端部被固定于以手12的关节轴13a为中心而对称的位置上。
下面，使用图2对经由旋转导轮8-1、固定导轮9-1、可动旋转导轮10-1的手臂弯曲用金属线701的路径进行说明。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地跨绕(参照图1B)，但是在以下的说明中，对于导引槽省略说明。
将一端固定于第一直动式促动器6-1的下端的手臂弯曲用金属线7-1被导向旋转导轮8-1，在被旋转导轮8-1将路径弯曲后(参照箭头(1))，在图2的纸面上从第一旋转关节3的关节轴3a的下方导向可动旋转导轮10-1和可动旋转导轮10-1的图2的纸面上下方侧(参照箭头(2))。其后，手臂弯曲用金属线7-1被可动旋转导轮10-1将方向转换地弯曲(参照箭头(3))，从可动旋转导轮10-1的图2的纸面上上方侧导向固定导轮9-1的图2的纸面上上方侧(参照箭头(4))。其后，在手臂弯曲用金属线7-1沿着固定导轮9-1的外周行进后(参照箭头(5))，利用金属线固定销栓7p将手臂弯曲用金属线7-1的端部固定于固定导轮9-1上。
由于经由旋转导轮8-2、固定导轮9-2、可动旋转导轮10-2的手臂弯曲用金属线7-2的路径也与所述的手臂弯曲用金属线7-1的路径相同，因此省略详细的说明。
图4是表示用于驱动气动人造肌肉的压缩气供给驱动系统的构成的图。图4中，19例如为压缩机等压缩气源，20是气动过滤器20a、气动减压阀20b及气动用润滑器20c构成一组的气动调整组件。21是通过用例如电磁铁的力驱动滑阀等来控制流量的五端口流量控制电磁阀。22是例如由一般的个人计算机构成的控制计算机，搭载有D/A板22a，通过向五端口流量控制电磁阀21输出电压指令值，就能够控制流过各个流体注入流出构件18的各个空气的流量。
根据图4所示的压缩气供给驱动系统，由压缩气源19生成的高压空气被气动调整组件20减压，例如被调整为600kPa这样的一定压力，向五端口流量控制电磁阀23供给。五端口流量控制电磁阀21的开度被与从控制计算机22经由D/A板22a输出的电压指令值成比例地控制。在五端口流量控制电磁阀21上，分别连接有一对气动人造肌肉201-1、201-2的管状弹性体15的流体注入流出构件18。一对气动人造肌肉201-1、201-2被沿着支承棒203大致平行地配置，各自的管状弹性体15的流体注入流出构件18侧的端部被固定在固定于支承棒203的端部的支承板202上。一对气动人造肌肉201-1、201-2的管状弹性体15的另一方的端部侧，支承有T字形的转动构件204，其由旋转关节轴200自由旋转地支承于支承棒203上，在该转动构件204上自由旋转地支承一对气动人造肌肉201-1、201-2的各自的管状弹性体15的另一方的端部。所以，通过如下所述那样，一对气动人造肌肉201-1、201-2的各自的管状弹性体15进行伸缩，就可以将转动构件204绕着旋转关节轴200正反旋转驱动。
在由控制计算机22经由D/A板22a向五端口流量控制电磁阀21输入了正的电压指令值的情况下，如图4所示，变为气动回路记号的A处所示的状态，从压缩气源21侧朝向气动人造肌肉201-1的管状弹性体15的流体注入流出构件18侧的流路经由五端口流量控制电磁阀21而开通，向气动人造肌肉201-1侧供给与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气。另外，对于气动人造肌肉201-2侧，从管状弹性体15的流体注入流出构件18朝向大气压侧的流路经由五端口流量控制电磁阀21而开通，将与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流从气动人造肌肉201-2侧向大气中排出。所以，如图4所示，因气动人造肌肉201-1的全长缩短，气动人造肌肉201-2的全长伸长，关节轴200就以与电压指令值的绝对值成比例的速度如箭头所示地进行右转运动。
另一方面，在由控制计算机22经由D/A板22a向五端口流量控制电磁阀21输入了负的电压指令值的情况下，五端口流量控制电磁阀21被切换，变为气动回路记号的B处所示的状态，气动人造肌肉201-2的动作反转，关节轴200进行左转运动。即，从压缩气源19侧朝向气动人造肌肉201-2的管状弹性体15的流体注入流出构件18侧的流路经由五端口流量控制电磁阀21而开通，向气动人造肌肉201-2侧供给与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气。另外，对于气动人造肌肉201-1侧，从管状弹性体15的流体注入流出构件18朝向大气压侧的流路经由五端口流量控制电磁阀21而开通，将与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流从气动人造肌肉201-1侧向大气中排出。所以，因气动人造肌肉201-2的全长缩短，气动人造肌肉201-1的全长伸长，关节轴200就以与电压指令值的绝对值成比例的速度进行与箭头相反方向所示的左转运动。
对于具有以上的构成的金属线引导机构的关节构造体的动作进行说明。
图5A、图5B是分别表示将本发明的第一实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的动作的图。
如上所述，第一直动式促动器4的2条第一直动式促动器4-1、4-2由旋转接头5-1、5-2与第二构造体2连接，使得图1A的左侧的第一直动式促动器4-1与图1A的右侧的另一个第一直动式促动器4-2夹隔第一构造体1地在第一旋转关节3处相面对。所以，如果图1A的左侧的第一直动式促动器4-1伸展，图1A的右侧的另一个第一直动式促动器4-2收缩，则如图5A所示，产生绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动。相反，如果图1A的左侧的第一直动式促动器4-1收缩，图1A的右侧的另一个第一直动式促动器4-2伸展，则产生绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的顺时针方向的旋转运动。
这里，本发明的第一实施方式的特征在于以下方面，即，利用旋转导轮8-1、8-2、固定导轮9-1、9-2、可动旋转导轮10-1、10-2来引导手臂弯曲用金属线7-1、7-2。使用图6A及图6B来说明其作用。
如上所述，在因第一直动式促动器4-1、4-2的动作，如图5A所示，产生第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动的情况下，如图6A的箭头A所示，产生可动旋转导轮10-1相对于旋转导轮8-1、固定导轮9-1的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的相对的旋转运动。此时，手臂弯曲用金属线7-1绕在旋转导轮8-1的圆周部上的量会增加相当于角度α的圆周量，减少相当于角度β的圆周量，然而手臂弯曲用金属线7-1被箭头B所示的可动旋转导轮10-1的绕着旋转轴10-1a的顺时针的旋转运动所引导，从而使得作为相当于角度α的圆周量的增加量和作为相当于角度β的圆周量的减少量相互抵消掉。另外，由于角度α＝角度β，因此结果旋转导轮8-1与可动旋转导轮10-1的距离L不会变化。所以，就不会产生绕着杆11-1的支点11-1a的相对于第二构造体2的相对的旋转运动。
以上的金属线引导动作在利用旋转导轮8-2、固定导轮9-2、可动旋转导轮10-2实现的手臂弯曲用金属线7-2的引导中也相同。
所以，就不会因由第一直动式促动器4的动作造成的第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的旋转运动，而产生利用手驱动用金属线14-1、手驱动用金属线14-2与杆11-1、11-2连接了的手12的相对于第二构造体2的绕着第二旋转关节13的相对的旋转运动。
另一方面，在使第二直动式促动器6-1收缩，使第二直动式促动器6-2伸展的情况下，手臂弯曲用金属线7-1被如图6B的箭头C所示地拉伸，旋转导轮8-1如箭头D所示，绕着第一旋转关节3的旋转轴3a进行顺时针方向的旋转运动，将手臂弯曲用金属线7-1向第二直动式促动器6-1侧送出。但是，由于手臂弯曲用金属线7-1被固定于固定导轮9-1上(参照图2)，因此可动旋转导轮10-1就在如箭头E所示，绕着旋转轴10-1a进行顺时针方向的旋转运动的同时，如箭头F所示，进行与旋转导轮8-1一方靠近的运动，旋转导轮8-1与可动旋转导轮10-1的距离L例如被从运动前的距离L1缩短为距离L2(其中，L1＞L2)。所以，如图5B所示，杆11-1进行绕着支点11-1a的相对于第二构造体2的逆时针的相对的旋转运动。相反，在利用旋转导轮8-2、固定导轮9-2、可动旋转导轮10-2进行的手臂弯曲用金属线7-2的引导中，如图5B所示，杆11-2进行绕着支点11-2a的相对于第二构造体2的顺时针的相对的旋转运动。
所以，如图5B所示，利用手驱动用金属线14-1、手驱动用金属线14-2与杆11-1、11-2连接的手12进行相对于第二构造体2的绕着第二旋转关节13的逆时针的相对旋转运动。
如上所述，根据本发明的第一实施方式的关节构造体，通过形成利用旋转导轮8-1、8-2、固定导轮9-1、9-2、可动旋转导轮10-1、10-2来引导手臂弯曲用金属线7-1、7-2的构成，就可以不受绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的旋转运动影响，将配设于第一构造体1上的第二直动式促动器6的驱动力穿过第一旋转关节3向机器人手臂100的头端侧传递。
所以，就可以将驱动绕着第二旋转关节13的运动的促动器像第二直动式促动器6那样，配设于机器人手臂100的基部侧，使得机器人手臂100的头端侧的惯性变小，对位置控制或力控制的控制性能提高，并且还能够使之高速地动作。另外，由于惯性小，因此动能也变小，碰撞时的安全性也提高。
而且，该第一实施方式中，作为一个例子，第二构造体2可以相对于第一构造体1，从图1A的姿势开始，绕着旋转轴3a沿顺时针方向及逆时针方向各旋转60度左右，手12也可以相对于第二构造体2，从图1A的姿势开始，绕着旋转轴3a沿顺时针方向及逆时针方向各旋转60度左右。
(第二实施方式)图7是表示本发明的第二实施方式的关节构造体的构造的立体图。图7中仅记载了主要的部分，其他的构成由于与图1A及图1B的第一实施方式相同，因此省略。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地(与图1B相同)跨绕，但是在以下的说明及对应的图中，为了简化起见，对于导引槽进行了省略。
图7中，23-1是第一可动旋转导轮，24-2是第二可动旋转导轮。第一可动旋转导轮23-1与第二可动旋转导轮24-1为相同半径，并且被相互固定而一体化地绕着旋转轴10-1a进行旋转运动，是取代第一实施方式的可动导轮10-1的构件。另外，第一可动旋转导轮23-1被配设于与旋转导轮8-1相同的平面上，第二可动旋转导轮24-1被配设于与固定导轮9-1相同的平面上。
下面，对第二实施方式的关节构造体的金属线的路径进行说明。这里，第一实施方式的手臂弯曲用金属线7-1被分为手臂弯曲用第一金属线27A-1和手臂弯曲用第二金属线27B-1。即，手臂弯曲用第一金属线27A-1在被架设于旋转导轮8-1上(参照箭头(1))，弯曲了方向后(参照箭头(2))，被架设于第一可动旋转导轮23-1上(参照箭头(3A))，在第一可动旋转导轮23-1的圆周上的金属线固定点25-1处将端部固定。
另外，在第二可动旋转导轮24-1的圆周上的金属线固定点26-1上，固定手臂弯曲用第二金属线27B-1的端部，在将手臂弯曲用第二金属线27B-1跨绕在第二可动旋转导轮24-1上后(参照箭头(3B))，导向固定导轮9-1侧(参照箭头(4))，之后被跨绕在固定导轮9-1上(参照箭头(5))，手臂弯曲用第二金属线27B-1的另一个端部被固定于固定导轮9-1的金属线固定点28-1上。
在夹隔第二构造体2处于相反一侧的位置上，由第一可动旋转导轮23-2、第二可动旋转导轮24-2、手臂弯曲用第一金属线27A-2和手臂弯曲用第二金属线27B-2构成与以上的构成相同的构成，是取代第一实施方式的可动旋转导轮10-2的构件。
根据以上所说明的本发明的第二实施方式的关节构造体，通过配设第一可动旋转导轮23-1、23-2和第二可动旋转导轮24-1、24-2，手臂弯曲用第一金属线27A-1、27A-2和手臂弯曲用第二金属线27B-1、27B-2的路径就被分别集中于一个平面内，在导轮间不存在手臂弯曲用金属线被斜向跨设的部位，可以减少手臂弯曲用金属线从导轮上脱落的危险性，能够更为可靠地使机器人手臂100动作。
(第三实施方式)图8是表示本发明的第三实施方式的关节构造体的构造的立体图。图8中仅记载了主要的部分，其他的构成由于与图1A及图1B的第一实施方式相同，因此省略。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地(与图1B相同)跨绕，但是在以下的说明及对应的图中，为了简化起见，对于导引槽进行了省略。
第三实施方式的关节构造体与第一实施方式的关节构造体相比，固定导轮29-1的部分的构成不同。固定导轮29-1并不是像第一实施方式的关节构造体的固定导轮9-1、9-2那样为圆板形状，而是仅将手臂弯曲用金属线7-1所接触的部分附近制成圆弧状，形成了引导手臂弯曲用金属线7-1的槽。在该固定导轮29-1的圆弧状的部分上，与图2相同，例如以箭头(1)～(5)的顺序跨绕了手臂弯曲用金属线7-1。
根据如上所示的构成，由于例如通过将第一构造体1的一部分或固定于第一构造体1上的其他部件的一部分制成圆弧状，就可以构成固定导轮29-1，因此就不需要用于固定导轮29-1的专用的部件，能够实现部件数目的削减或小型化。
(第四实施方式)图9A及图9B是表示将本发明的第四实施方式的关节机构的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的整体图。
图9A及图9B中，30-1、30-2是第一旋转导轮，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a同轴地自由旋转地配设于第一构造体1或第二构造体2上，可以借助轴承绕着旋转轴3a自由地旋转运动。图9A及图9B中，里侧的第一旋转导轮30-2由于处于眼前侧的第一旋转导轮30-1的影部，因此并未图示。
31-1、31-2为第二旋转导轮，半径与第一旋转导轮30-1、30-2相等，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a及第一旋转导轮30-1、30-2的旋转轴同轴地自由旋转地配设，可以借助轴承等绕着旋转轴3a自由地旋转运动，另外，也可以相对于第一旋转导轮30-1、30-2相对地旋转运动。图9A及图9B中，由于里侧的第二旋转导轮31-1、31-2处于眼前侧的第二旋转导轮31-1的影部，因此并未图示。
32-1、32-2是借助轴承等相对于旋转轴32-1a、32-2a自由旋转地配设于第一构造体1上的辅助旋转导轮，在第二直动式促动器6-1、6-2的下端与第二旋转导轮31-1、31-2的大致中间部的夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被相对于第一构造体1自由旋转地配设，能够自由地旋转运动。图9A及图9B中，由于里侧的辅助旋转导轮32-2处于眼前侧的辅助旋转导轮32-1的影部，因此并未图示。
下面，使用图10对第四实施方式的关节构造体的金属线的路径进行说明。图10是表示本发明的第四实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地(与图1B相同)跨绕，但是在以下的说明及对应的图中，为了简化起见，对于导引槽进行了省略。
将一个端部固定于第二直动式促动器6-1的下端部的手臂弯曲用金属线7-1被导向第一旋转导轮30-1，在被第一旋转导轮30-1将路径弯曲后(参照箭头(11))，从图10的纸面上第一旋转关节3的关节轴3a的下方导向可动旋转导轮10-1(参照箭头(12))，继而被导向可动旋转导轮10-1的图10的纸面上的下方侧。其后，手臂弯曲用金属线7-1被可动旋转导轮10-1将方向转换地弯曲(参照箭头(13))，从可动旋转导轮10-1的图10的纸面上的下方侧导向第二旋转导轮31-1的图10的纸面上的上方侧(参照箭头(14))。其后，手臂弯曲用金属线7-1沿着第二旋转导轮31-1的外周缠绕大致一周(参照箭头(15))，从图10的纸面上的上方侧导向辅助旋转导轮32-1的纸面上的下方侧(参照箭头(16))。导向辅助旋转导轮32-1的手臂弯曲用金属线7-1因沿着辅助旋转导轮32-1的外周行进，而被改变了朝向(参照箭头(17))，导向纸面上的上方，最后，该手臂弯曲用金属线7-1的另一个端部被固定于与固定了手臂弯曲用金属线7-1的所述一个端部的第二直动式促动器6-1的下端部大致相同的部位。
在夹隔第二构造体2处于相反一侧的位置上，由第一旋转导轮30-2、第二旋转导轮31-2、辅助旋转导轮32-2和手臂弯曲用金属线7-2构成与以上的构成相同的构成。
对于以上所说明的本发明的第四实施方式的关节构造体的动作，使用图11进行说明。
对于绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的第一构造体1与第二构造体2的相对的摆动运动，根据与图6A相同的原理，杆11-1、11-2的运动不会因第一构造体1与第二构造体2的相对的摆动运动而受到影响。
另一方面，当第二直动式促动器6-1收缩时，手臂弯曲用金属线7-1即沿箭头A、B所示方向将两个端部拉伸。为了与之对应，第一旋转导轮30-1如箭头C所示进行顺时针方向的旋转，将手臂弯曲用金属线7-1向上送出。另外，辅助旋转导轮32-1如箭头D所示进行顺时针方向的旋转，第二旋转导轮31-1如箭头E所示进行逆时针方向的旋转，分别将手臂弯曲用金属线7-1送出。结果是，可动旋转导轮10-1被如箭头F所示地拉近，从第一旋转关节3的旋转轴3a到可动旋转导轮10-1的旋转轴10-1a的距离L从运动前的距离L1变化为距离L3。而且，图11中，以虚线表示的可动旋转导轮10-1表示第一实施方式的图6B中的可动旋转导轮10-1的位置，与该位置上的距离L2相比，图11中的距离L3更小，可动旋转导轮10-1的移动距离增大其差值(L2-L3)的量。
根据本发明的第四实施方式的关节构造体，由于通过配设第二旋转导轮31-1、31-2和辅助旋转导轮32-1、32-2，手臂弯曲用金属线7-1、7-2就被第二直动式促动器6-1、6-2分别将两端拉伸，因此对于作为可动旋转导轮10-1、10-2的移动量的(L1-L2)的值来说，与第一实施方式的情况相比，相对于第二直动式促动器6-1、6-2的相同的收缩量，作为移动量的(L1-L2)的值变为2倍。所以，就能够增大机器人手臂的关节的可动范围。
(第五实施方式)图12是表示将本发明的第五实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的整体图。
图12中，33-1、33-2是第三旋转导轮，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a同轴地自由旋转地配设，可以借助轴承等绕着旋转轴3a自由地旋转运动。图12中，由于里侧的第三旋转导轮33-2处于眼前侧的第三旋转导轮33-1的影部，因此并未图示。
34-1、34-2是第四旋转导轮，半径与第三旋转导轮33-1、33-2相等，相对于固定在第二构造体2的上侧突出部2c上的旋转轴34-1a、34-2a，被借助轴承等在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上自由旋转地配设于第二构造体2上，能够以旋转轴34-1a、34-2a为中心相对于第二构造体2相对地进行旋转运动。
另外，35-1、35-2是第一平行连杆，各自的一个端部在支点35-1a、35-2a处与第一构造体1连接，能够以支点35-1a、35-2a为中心相对于第一构造体1相对地进行摆动运动。
36-1、36-2为第二平行连杆，各自的一个端部在支点36-1a、36-2a处与第一平行连杆35-1、35-2的另一个端部连接，能够以支点36-1a、36-2a为中心相对于第一平行连杆35-1、35-2相对地进行摆动运动。另外，第二平行连杆35-1、35-2的另一个端部分别被固定于第四旋转导轮34-1、34-2上，因而第二平行连杆35-1、35-2与第四旋转导轮34-1、34-2分别不能相对地运动。
第一平行连杆35-1、35-2、第二平行连杆36-1、36-2、第一构造体1及第二构造体2构成以支点35-1a、35-2a、支点36-1a、36-2a、第一旋转关节3的旋转轴3a及第四旋转导轮34-1、34-2的旋转轴34-1a、34-2a作为四个支点的四节连杆构造(平行连杆构造)。
下面，使用图13对第五实施方式的关节构造体的金属线引导机构的金属线的路径进行说明。图13是表示本发明的第五实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地(与图1B相同)跨绕，但是在以下的说明及对应的图中，为了简化起见，对于导引槽进行了省略。
将一端固定于第二直动式促动器6-1上的手臂弯曲用金属线7-1被导向第三旋转导轮33-1，在被第三旋转导轮33-1将路径弯曲后(参照箭头(21))，在图13的纸面上从第一旋转关节3的关节轴3a下方导向可动旋转导轮10-1和可动旋转导轮10-1的图13的纸面上的下方侧(参照箭头(22))。其后，手臂弯曲用金属线7-1被可动旋转导轮10-1将方向转换地弯曲(参照箭头(23))，从可动旋转导轮10-1的图13的纸面上的上方侧导向第二旋转导轮34-1的图13的纸面上的上方侧(参照箭头(24))。其后，手臂弯曲用金属线7-1在沿着第四旋转导轮34-1的外周行进后(参照箭头(25))，被金属线固定销栓34p将端部固定于第二旋转导轮34-1上。
由于经由第三旋转导轮33-2、第四旋转导轮34-2、可动旋转导轮10-2的手臂弯曲用金属线7-2的路径也与所述的手臂弯曲用金属线7-1的路径相同，因此省略详细的说明。
对于以上所说明的本发明的第五实施方式的关节构造体的动作，使用图14进行说明。
在利用第一直动式促动器4-1、4-2的动作，产生了第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动的情况下，如图14的箭头A所示，产生可动旋转导轮10-1及第四旋转导轮34-1相对于第三旋转导轮33-1的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的相对的旋转运动。此时，手臂弯曲用金属线7-1绕在第三旋转导轮33-1的圆周部上的量会增加相当于角度α的圆周量。
另一方面，当将辅助线Y与垂线Z所成的角度设为β时，其中，辅助线Y是在可动旋转导轮10-1处于P的位置上的情况下，与跨设在可动旋转导轮10-1和第四旋转导轮34-1之间的手臂弯曲用金属线7-1的垂线X平行的辅助线；垂线Z是在可动旋转导轮10-1处于Q的位置上的情况下，跨设在可动旋转导轮10-1和第四旋转导轮34-1之间的手臂弯曲用金属线7-1的垂线，则由于第四旋转导轮34-1被利用所述平行连杆构造与第一构造体1连接，因此不会产生箭头C所示的旋转运动(但是，会产生第四旋转导轮34-1与第二构造体2的相对的旋转运动。)，所以因第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动，手臂弯曲用金属线7-1绕在第四旋转导轮34-1的圆周部上的量会减少相当于角度β的圆周量。
这里，如果考虑几何学的关系，则由于角度α＝角度β，因此作为相当于角度α的圆周量的增加量与作为相当于角度β的圆周量的减少量相互抵消掉，结果是，第一旋转导轮33-1与可动旋转导轮10-1的距离L不会变化。所以，不会产生绕着杆11-1的支点11-1a的相对于第二构造体2的相对的旋转运动。
另外，当第二直动式促动器6-1收缩时，根据与图6B相同的原理，从第一旋转关节3的旋转轴3a到可动旋转导轮10-1的旋转轴10-1a的距离即发生变化。
根据本发明的第五实施方式的关节构造体，由于可以将连接了平行连杆构造的第四旋转导轮34-1、34-2配设于与第三旋转导轮33-1、33-2和可动旋转导轮10-1、10-2相同的平面内，因此与第一实施方式的情况相比，可以减小沿着第一旋转关节3的旋转轴3a的轴向的厚度。所以，就能够形成紧凑的关节构造的机器人手臂。另外，由于可以将第四旋转导轮34-1、34-2配设于第三旋转导轮33-1、33-2和可动旋转导轮10-1、10-2相同的平面内，因此手臂弯曲用金属线7-1、7-2就难以脱离各自的导轮的导引槽，因而适于机器人手臂的高速移动。
(第六实施方式)
图15是表示将本发明的第六实施方式的关节构造体应用于机器人手臂中的情况的机器人手臂的整体图。
图15中，37-1、37-2为旋转导轮，在夹隔第二构造体2而相面对的各个位置上，被与第一旋转关节3的旋转轴3a同轴地借助轴承等相对于旋转轴3a自由旋转地配设，可以绕着旋转轴3a自由地旋转运动。图15中，由于里侧的旋转导轮37-2处于眼前侧的旋转导轮37-1的影部，因此并未图示。
38-1、38-2为可动导轮，半径与旋转导轮37-1、37-2相等，被自由旋转地配设于杆11-1的上端部和杆的下端部11-2，能够以旋转轴38-1a、38-2a为中心相对于杆11-1、11-2相对地进行旋转运动。
39-1、39-2为第一平行连杆，各自的一个端部在支点35-1a、35-2a被与第一构造体1自由旋转地连接，能够以支点35-1a、35-2a为中心相对于第一构造体1相对地进行摆动运动。
40-1、40-2是第二平行连杆，其将各自的一端自由旋转地与平移·旋转接头41-1、41-2连结，将各自的另一端固定于可动导轮38-1、38-2上，利用平移·旋转接头41-1、41-2与第一平行连杆39-1、39-2可以平移·旋转地连接。平移·旋转接头41-1在图15中沿箭头A及箭头B所示的方向在第一平行连杆39-1上自由滑动并且可以被相对地自由旋转地嵌合或夹持，从而具有平移自由度及旋转自由度，平移·旋转接头41-2也在第一平行连杆39-2上形成相同的构造。所以，第一平行连杆39-1、39-2与第二平行连杆40-1、40-2就可以利用平移·旋转接头41-1、41-2相对地进行平移运动，进行摆动运动。另外由于第二平行连杆40-1、40-2的各自的另一端分别被固定于可动导轮38-1、38-2上，第二平行连杆40-1、40-2与可动导轮38-1、38-2分别无法相对地运动，所以第二平行连杆40-1与可动导轮38-1、第二平行连杆40-2与可动导轮38-2就会分别一体化地旋转。
这样，第一平行连杆39-1、39-2、第二平行连杆40-1、40-2、第一构造体1及第二构造体2就构成以支点35-1a、35-2a、平移·旋转接头41-1、41-2、第一旋转关节3的旋转轴3a及可动导轮的旋转轴38-1a、38-2a作为四个支点的四节连杆构造(平行连杆构造)。
下面，使用图16对第六实施方式的关节构造体的金属线的路径进行说明。图16是表示本发明的第六实施方式的关节构造体的构造的详细情况的立体图。而且，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地(与图1B相同)跨绕，但是在以下的说明及对应的图中，为了简化起见，对于导引槽进行了省略。
将一端固定于第二直动式促动器6-1上的手臂弯曲用金属线7-1被导向旋转导轮37-1，在被旋转导轮37-1将路径弯曲后，在图16的纸面上从第一旋转关节3的关节轴3a下方导向可动旋转导轮38-1和可动旋转导轮38-1的图13的纸面上下方侧。其后，在手臂弯曲用金属线7-1沿着旋转导轮38-1的外周行进后，被金属线固定销栓38p将端部固定于可动导轮38-1上。
由于经由旋转导轮37-2、可动导轮38-2的手臂弯曲用金属线7-2的路径也与所述的手臂弯曲用金属线7-1的路径相同，因此省略详细的说明。
对于以上所说明的本发明的第六实施方式的关节构造体的动作，使用图17进行说明。
在利用第一直动式促动器4-1、4-2的动作，产生了第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动的情况下，如图17的箭头A所示，产生可动旋转导轮38-1的相对于旋转导轮37-1的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的相对的旋转运动。此时，手臂弯曲用金属线7-1绕在第一旋转导轮37-1的圆周部上的量会增加相当于角度α的圆周量。
另一方面，当将辅助线Y与垂线Z所成的角度设为β时，其中，辅助线Y是在可动导轮38-1处于P的位置上的情况下，与跨设在第一旋转导轮37-1和可动导轮38-1之间的手臂弯曲用金属线7-1的垂线X平行的辅助线；垂线Z是在可动导轮38-1处于Q的位置上的情况下，跨设在第一旋转导轮37-1和可动导轮38-1之间的手臂弯曲用金属线7-1的垂线，则由于可动导轮38-1被利用所述平行连杆构造与第一构造体1连接，因此不会产生箭头B所示的旋转运动(但是，会产生可动导轮38-1与杆11-1的相对的旋转运动。)，所以因第二构造体2的绕着第一旋转关节3的旋转轴3a的逆时针方向的旋转运动，手臂弯曲用金属线7-1绕在可动导轮38-1的圆周部上的量会减少相当于角度β的圆周量。
这里，如果考虑几何学的关系，则由于角度α＝角度β，因此作为相当于角度α的圆周量的增加量与作为相当于角度β的圆周量的减少量相互抵消掉，结果是，可动导轮37-1与可动导轮38-1的距离L不会变化。所以，不会产生绕着杆11-1的支点11-1a的相对于第二构造体2的相对的旋转运动。
另外，当第二直动式促动器6-1收缩时，手臂弯曲用金属线7-1即被拉伸，然而由于金属线7-1的端部被固定于可动导轮38-1上，因此可动导轮38-1就被向旋转导轮37-1一方拉近，从第一旋转关节3的旋转轴3a到可动导轮38-1的旋转轴38-1a的距离发生变化。此时，平移·旋转接头41-1在因第二直动式促动器6-1的收缩而将距离L缩短的情况下，就会沿着第一平行连杆39-1向靠近支点35-1a的方向平移运动，维持平行连杆构造。
本发明的第六实施方式的关节构造体相当于将第五实施方式的第二旋转导轮34-1、34-2与可动导轮10-1、10-2一体化的情况下的构造。
根据本发明的第六实施方式的关节构造体，作为导轮只要仅有旋转导轮37-1、37-2和可动导轮38-1、38-2就可以动作，从而能够减少部件数目。所以，就可以形成部件数目少的简洁的关节构造的机器人手臂。
(第七实施方式)图19A、图19B、图19C是表示本发明的第七实施方式的关节机构的金属线引导机构的构造的整体图。图19A、图19B、图19C所示的本发明的第七实施方式是具备了两个可动旋转导轮的情况的例子。
图19A、图19B、图19C中，401为棒状的第一构造体，402为棒状的第二构造体，第一构造体401与第二构造体402被利用旋转关节403连接，第一构造体401与第二构造体402能够以旋转关节403的关节轴403a为中心相对地旋转。
404是带有导引槽404a的旋转导轮，被与旋转关节403的旋转轴403a同轴地，并且相对于旋转轴403a借助轴承等自由旋转地配设于第二构造体2上，可以绕着旋转轴403a自由地旋转运动。
405是作为固定导轮的一个例子的带有导引槽405a的固定导轮，半径与旋转导轮404相等，被与旋转关节403的旋转轴403a同轴地配设。另外，固定导轮405被固定于第一构造体401上，从而在固定导轮405与第一构造体401之间不会产生相对的旋转运动。
406是夹子，由第一手指406a、第二手指406b及合页406c构成。第一手指406a及第二手指406b可以利用合页406c进行开闭动作，另外，合页406c被固定于第二构造体402的端部(不同于与第一构造体401连接的端部的端部)。
407是带有导引槽407b的第一可动旋转导轮，被配设于第一手指406a的基端部，可以绕着旋转轴407a旋转。
408是带有导引槽408b的第二可动旋转导轮，被配设于第二手指406b的基端部，可以绕着旋转轴408a旋转。
409是受扭螺旋弹簧，线圈部分绕在合页406c上，两个端部分别架在第一可动旋转导轮407的旋转轴407a及第二可动旋转导轮408的旋转轴408a上，利用螺旋弹簧409的反作用力，就会将夹子406如图19A所示地保持为开状态。
410是夹子驱动金属线，夹子驱动金属线410的一方的端部被固定于第一驱动促动器(例如图1A的气动人造肌肉等2条第一直动式促动器4-1、4-2)上，夹子驱动金属线410被以旋转导轮404的导引槽404a、第二可动旋转导轮408的导引槽408b、第一可动旋转导轮407的导引槽407b的顺序跨设，夹子驱动金属线410的另一方的端部被利用金属线固定销栓410p固定于固定导轮405上。
411是带有导引槽411a的旋转关节驱动导轮，被与旋转关节403的旋转轴403a同轴地配设。另外，旋转关节驱动导轮411被固定于第二构造体402上，从而在旋转关节驱动导轮411与第二构造体402之间不会产生相对的旋转运动。
412是旋转关节驱动金属线，被跨绕在旋转关节驱动导轮411的导引槽411a上，将两个端部分别固定于第二驱动促动器及第三驱动促动器(虽然都未图示，但是为可以构成促动器的例如气动人造肌肉、电动机或气缸等)上。
下面，使用图20，对经由旋转导轮404、固定导轮405、第一可动旋转导轮407、第二可动旋转导轮408的夹子驱动金属线410的路径进行说明。而且，如上所述，虽然在各个导轮上，是将金属线收纳于各自的导引槽内地跨绕，但是在以下的说明中，对于导引槽省略了说明。
将一端固定于第一驱动促动器上的夹子驱动金属线410被导向旋转导轮404，在旋转导轮404上绕了大致一周后，从图20的纸面上旋转关节403的关节轴403a下方导向第二可动旋转导轮408和第二可动旋转导轮408的图20的纸面上的下方侧。其后，夹子驱动金属线410被利用第二可动旋转导轮408将方向朝上转换地弯曲，导向第一可动旋转导轮407和图20的纸面上第一可动旋转导轮407的右侧。其后，夹子驱动金属线410被利用第一可动旋转导轮407将方向朝左转换地弯曲，从第一的旋转导轮407的图20的纸面上的上方侧导向固定导轮405的图20的纸面上的上方侧。其后，夹子驱动金属线410在沿着固定导轮405的外周行进后，被金属线固定销栓410p将端部固定于固定导轮405上。
对以上的构成的金属线引导机构的动作进行说明。
在如图19B的箭头X所示那样驱动了夹子驱动金属线410的情况下，根据与所述第一实施方式中用图6B所说明的情况相同的原理，形成将旋转导轮404与第一可动旋转导轮7、第二可动旋转导轮408的旋转轴间的距离缩短的动作，从图19A的状态变为图19B的状态，形成夹子406关闭的动作。另一方面，当沿与箭头X相反的方向将夹子驱动金属线410向松弛方向驱动时，则因受扭螺旋弹簧409的反作用力，从图19B的状态变为图19A的状态，形成夹子406打开的动作。
然后，当如图19C的箭头Y所示那样驱动旋转关节驱动金属线412时，则旋转关节驱动金属线412就被跨绕在旋转关节驱动导轮411上，由于旋转关节驱动导轮411被固定于第二构造体2上，因此产生旋转关节403的旋转运动，夹子406从图19A的状态变为图19C的状态，进行左转的摆动运动。另一方面，在沿与箭头Y相反的方向驱动旋转关节驱动金属线412的情况下，夹子406进行右转的摆动运动。
在该摆动运动之时，根据与所述第一实施方式中用图6A所说明的情况相同的原理，形成将旋转导轮404与第一可动旋转导轮407、第二可动旋转导轮408的旋转轴间的距离保持的动作，夹子406不动作。
如上所述，根据本发明的第七实施方式的金属线引导机构，通过形成利用旋转导轮404、固定导轮405、第一可动旋转导轮407、第二可动旋转导轮408来引导夹子驱动金属线410的构成，就可以不受绕着旋转关节403的旋转轴403a的旋转运动影响，独立地利用夹子驱动金属线410来驱动夹子406的开闭动作。
如果应用如上所示的夹子驱动机构，则可以实现用于腹腔镜下手术或遥控手术的机器人钳子系统等。
而且，本发明并不限定于所述实施方式，可以用其他的各种方式来实施。
例如，即使如图18A及图18B所示，形成如下的构成，即，取代摆动的杆，而沿着第二构造体2的长边方向设置直线导轨300-1、300-2，从而能够将可动旋转导轮10-1、10-2利用手臂弯曲用金属线7-1、7-2沿着这些直线导轨300-1、300-2在第二构造体2的长边方向上自由移动，也可以起到与杆相同的作用效果。
另外，所述各种实施方式中，虽然将驱动机器人手臂的促动器设为直动式促动器，但是并非必须限定于此，即使是旋转型的电动机，例如用将导轮固定于电动机的旋转轴上，利用电动机的旋转来卷绕金属线的构造，也可以发挥相同的效果。
另外，所述各种实施方式中，虽然将直动式促动器设为气动人造肌肉，但是并非必须限定于此，利用气动气缸、液压缸或电动线性促动器等其他的直动式促动器也可以发挥相同的效果。
而且，通过将所述各种实施方式当中的任意的实施方式适当地组合，也可以起到各自所具有的效果。
本发明的关节构造体作为多关节机器人手臂的关节机构中的关节构造体十分有用。另外，并不限于机器人手臂，可以作为生产设备等中的用于旋转机构的关节机构等、机械装置的关节机构中的关节构造体、医疗用遥控手术装置的多关节机器人手臂的关节机构中的关节构造体来应用。
本发明虽然在参照附图的同时被与优选的实施方式相关地充分地记载，但是对于熟悉该技术的人员来说，各种变形或修正是显而易见的。此种变形或修正只要不脱离由附加的技术方案所形成的本发明的范围，就应当理解为包含于其中。
权利要求
1.一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的旋转导轮；配设于所述第一构造体上，并且具有圆弧部分的固定导引；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；以所述旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述固定导引的顺序跨设的金属线；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
2.根据权利要求1所述的关节构造体，其中，所述固定导引是作为固定于所述第一构造体上的构件的一部分而构成的。
3.根据权利要求1所述的关节构造体，其中，所述可动旋转导轮是将导引槽位于与包含所述旋转导轮的导引槽的平面相同面内的第一可动旋转导轮、导引槽位于与包含所述固定导引的导引槽的平面相同面内的第二可动旋转导轮一体化构成的构造。
4.根据权利要求1所述的关节构造体，其中，所述可动旋转导轮具有位于与包含所述旋转导轮的导引槽的平面相同面内的第一导引槽、位于与包含所述固定导引的导引槽的平面相同面内的第二导引槽。
5.一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；第一旋转导轮和第二旋转导轮，其被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地分别配设于所述第一构造体或第二构造体上，并且可以相互相对地旋转；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；被可以自由旋转地配设于所述第二构造体上的辅助旋转导轮；金属线，其被以所述第一旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述第二旋转导轮、所述辅助旋转导轮的顺序跨设，并且将两个端部固定于所述第二驱动装置上；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述第一及第二旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述第一及第二旋转导轮的距离，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述第一及第二旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
6.一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；将所述第一构造体与所述第二构造体连接的旋转关节；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的第三旋转导轮；被可以自由旋转地配设于所述第二构造体上的第四旋转导轮；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离；金属线，其被以所述第三旋转导轮、所述可动旋转导轮、所述第四旋转导轮的顺序跨设，并且将一个端部固定于所述第二驱动装置上，将另一个端部固定于所述第四旋转导轮上，并且具备第一平行连杆，其一个端部由所述第一构造体自由旋转地支承；第二平行连杆，其一个端部与所述第一平行连杆的另一个端部自由旋转地连结，另一个端部被固定于所述第四旋转导轮上，构成以所述第一平行连杆的所述一个端部被支承在所述第一构造体上的部分、所述第一平行连杆的所述另一个端部与所述第二平行连杆的所述一个端部所被连结的部分、所述第二平行连杆的所述另一个端部与所述第四旋转导轮所被固定的部分、所述第四旋转导轮的自由旋转地配设于所述第二构造体上的部分作为四个支点的四节平行连杆构造，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述第三旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
7.一种关节构造体，其特征是，具备第一构造体；第二构造体；被与所述旋转关节的旋转轴同轴并且可以绕着所述旋转轴旋转地配设的旋转导轮；被相对地可动地配设于所述第二构造体上的可动旋转导轮；第一驱动装置，其被设于所述第一构造体上，能够不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动；第二驱动装置，其被设于所述第一构造体上而可以驱动所述金属线，并且通过驱动所述金属线，来移动所述可动旋转导轮，从而改变相对于所述旋转导轮的距离；金属线，其被以所述旋转导轮、所述可动旋转导轮的顺序跨设，并且将一个端部固定于所述第二驱动装置上，将另一个端部固定于所述可动旋转导轮上，并且具备第一平行连杆，其一个端部由所述第一构造体自由旋转地支承；第二平行连杆，其一个端部与所述第一平行连杆的另一个端部自由旋转并且自由滑动地连结，另一个端部被固定于所述可动旋转导轮上，构成以所述第一平行连杆的所述一个端部被支承在所述第一构造体上的部分、所述第一平行连杆的所述另一个端部与所述第二平行连杆的所述一个端部所被连结的部分、所述第二平行连杆的所述另一个端部与所述可动旋转导轮所被固定的部分、所述旋转导轮的自由旋转地配设于所述第二构造体上的部分作为四个支点的四节平行连杆构造，利用所述第一驱动装置的驱动，不改变所述可动旋转导轮相对于所述旋转导轮的距离地将所述第二构造体绕着所述旋转关节旋转驱动。
8.一种机器人手臂，其特征是，具备权利要求1～7中任意一项中所述的关节构造体、配置于所述第二构造体的与所述旋转关节侧相反一侧的头端的手、将所述可动旋转导轮与所述手连结的手驱动用金属线，通过使所述可动旋转导轮在所述第二构造体上相对地可动，而利用所述手驱动用金属线将所述手相对于所述第二构造体旋转驱动。
全文摘要
本发明提供一种机器人手臂，其具备被与旋转关节(3)的旋转轴同轴并且可以绕着旋转轴旋转地配设的旋转导轮(8)；配设于第一构造体(1)上，与旋转导轮(8)相同半径并且具有相同中心轴的圆弧部分的固定导引(9)；被相对地可动地配设于第二构造体(2)上的可动旋转导轮(10)，以旋转导轮(8)、可动旋转导轮(10)、固定导引(9)的顺序跨设金属线(7)。
文档编号B25J17/00GK101039778SQ20058003527
公开日2007年9月19日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月22日
发明者冈崎安直, 浅井胜彦 申请人:松下电器产业株式会社