本發(fā)明涉及機器人上半身的支承結構。

背景技術：

近年來，不僅是工業(yè)用機器人，作為民生用而承擔各種各樣的任務的機器人的研究開發(fā)也越來越盛行。在機器人中，特別是能直立步行的人型機器人(智能機器人)被期待能夠代替人類的行動。就這樣的人型機器人而言，為了模仿人類的動作而設置有較多的關節(jié)部，而且，在其關節(jié)部要求能進行具有多個自由度的各種各樣的動作。因此，在人型機器人上半身搭載用于關節(jié)部驅(qū)動的較多的促動器，由于其重量變大，因此上半身的支承結構應負擔的載荷不小。

在此，例如，在專利文獻1所示的機器人上半身的支承結構中，從由兩條腿支承的腰骨部鉛垂地立起脊骨部。并且，相對于其脊骨部，在肩部的位置，水平支承構件向上半身的左右側方延伸，在其前端能旋轉地安裝有機器人的臂部(特別是參照專利文獻1的圖2A)。因此，機器人的臂部被水平支承構件以懸掛的狀態(tài)支承。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2012-148366號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

如上述的專利文獻所示，在現(xiàn)有技術中，在從機器人的脊骨部向側方延伸的水平支承構件上能旋轉地安裝臂部的情況較多。就這樣的機器人上半身而言，在從脊骨部離開規(guī)定距離的位置支承重量比較重的臂部。其結果是，為了充分地支承臂部的力矩，需要將水平支承構件、脊骨部的剛性保持得較高，存在機器人的上半身整體的重量增加的傾向。另外，由于臂部與形成機器人的上半身的骨骼結構構件(即、水平支承構件)直接連接，因此，其骨骼結構構件直接承受來自臂部的載荷。從該點出發(fā)，為了確保相對于該載荷的強度也無法避免上半身的重量增加。

另外，機器人的上半身的重量增加是指腿等下半身結構應支承的載荷增加，因此，從下半身的強度方面、機器人驅(qū)動所用的消耗能源方面等也不優(yōu)選。

本發(fā)明是鑒于上述的問題點而做成的，其目的在于提供能減輕機器人的上半身的重量的、機器人上半身的支承結構。

用于解決課題的手段

在本發(fā)明中，為了解決上述課題，采用下述構成：在能承擔比較高的剛性的驅(qū)動單元上安裝臂部和臂部的驅(qū)動用的促動器，且將該驅(qū)動單元以作為支承機器人的上半身的一構件發(fā)揮功能的方式安裝于該上半身。由此，能夠利用驅(qū)動單元自身支承上半身，因此，能有效地實現(xiàn)上半身的強度提高。

詳細而言，本發(fā)明是一種機器人上半身的支承結構，其具備：柱狀的脊骨部，其自所述機器人的腰骨部向上方延伸；上半身支承部，其與所述脊骨部連接且從該脊骨部向所述機器人的側方延伸；驅(qū)動單元，其供所述機器人的臂部旋轉自如地安裝，并且至少具備從該臂部的外部對該臂部進行旋轉驅(qū)動的規(guī)定的促動器。并且，在從所述上半身支承部和所述脊骨部的連接點向側方離開了規(guī)定距離的、該上半身支承部上的第一連接點和所述腰骨部上的第二連接點處，所述驅(qū)動單元與該上半身支承部和該腰骨部連接。

本發(fā)明涉及的機器人上半身的支承結構在包含脊骨部、腰骨部的機器人的上半身包含至少用于支承臂部的結構。在此，腰骨部是承受機器人的上半身的載荷的骨骼結構部，一般而言，機器人的上半身配置于腰骨部之上。因此，成為上半身的中心的脊骨部以向上方延伸的方式配置于腰骨部之上。需要說明的是，在本發(fā)明中，“上方向”及“下方向”是表示作用有重力負荷的方向、例如鉛垂方向的用語。作為一例，在機器人從設置面起立的情況下，從腰骨部向頭部側的方向為上方向，其反向為下方向。

另外，在機器人的上半身，上半身支承部以向機器人的側方延伸的方式與脊骨部連接。該上半身支承部可以從脊骨部向機器人的兩側方延伸，或者也可以向一側的側方延伸。

在此，驅(qū)動單元具備從機器人的臂部的外部對該臂部進行驅(qū)動的規(guī)定的促動器。通過在臂部之外配置其驅(qū)動用的規(guī)定的促動器，能夠降低進行旋轉驅(qū)動的臂部的力矩，因此，認為有助于機器人的上半身的重量減輕。需要說明的是，驅(qū)動單元包含規(guī)定的促動器，從而在結構上需要發(fā)揮比較高的剛性。因此，鑒于該驅(qū)動單元整體的高剛性，在本發(fā)明中，驅(qū)動單元被利用為用于支承上半身的結構體。

即，如上所述，在上半身支承部上的第一連接點與腰骨部上的第二連接點處，驅(qū)動單元與上半身支承部和腰骨部連接。通過這樣連接驅(qū)動單元，能夠?qū)Ⅱ?qū)動單元所具有的剛性利用為從腰骨部處支承上半身支承部。在此，第一連接點位于從脊骨部向機器人的側方離開了規(guī)定距離的位置，另一方面，第二連接點位于處于脊骨部之下的腰骨部上，因此，脊骨部與第二連接點之間的距離比上述規(guī)定距離短。因此，在機器人的上半身，由脊骨部、上半身支承部、驅(qū)動單元形成大致三角形的支承框架，從而能成為使機器人的上半身的強度穩(wěn)定的結構。而且，在該支承框架中，將驅(qū)動單元的結構件本身利用為支承框架的一部分，因此，不會無益地加重機器人的上半身的重量而能實現(xiàn)其強度提高。

發(fā)明效果

能夠提供能減輕機器人的上半身的重量的機器人上半身的支承結構。

附圖說明

圖1是適用本發(fā)明涉及的支承結構的機器人的主視圖。

圖2是圖1所示的機器人的側視圖。

圖3是圖1所示的機器人的后視圖。

圖4是表示在圖1所示的機器人中拆下了臂部和驅(qū)動單元的狀態(tài)的圖。

圖5是表示在圖4中拆下來的驅(qū)動單元的圖。

圖6是表示圖1所示的機器人中的、驅(qū)動單元的內(nèi)部的構成的圖。

圖7是表示圖1所示的機器人的背面的一部分的圖。

圖8是表示圖1所示的機器人中的驅(qū)動單元內(nèi)的連桿機構的動作狀態(tài)的第一圖。

圖9是表示圖1所示的機器人中的驅(qū)動單元內(nèi)的連桿機構的動作狀態(tài)的第二圖。

圖10是用于說明圖1所示的機器人中的驅(qū)動單元內(nèi)的連桿機構的動作的第一圖。

圖11是用于說明圖1所示的機器人中的驅(qū)動單元內(nèi)的連桿機構的動作的第二圖。

具體實施方式

以下，基于附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。只要沒有特別說明，本發(fā)明的技術范圍并不僅限定于本實施例所記載的構成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等。

實施例1

＜機器人10的構成＞

基于圖1～圖3說明搭載有本發(fā)明涉及的支承結構的機器人10的概略構成。圖1是機器人10的主視圖，圖2是機器人10的左側視圖，圖3是機器人10的后視圖。需要說明的是，在各圖中，為了能把握機器人10的內(nèi)部結構，除了左手之外以省略了其主體罩的狀態(tài)示出。需要說明的是，在本實施例中，在使機器人10的行進方向為x軸正方向、從機器人10看的左手方向為y軸正方向、機器人10的重力相反方向為z軸正方向時，x軸為側傾軸，y軸為俯仰軸，z軸為橫擺軸。因此，繞x軸的旋轉成為側傾動作，繞y軸的旋轉成為俯仰動作，繞z軸的旋轉成為橫擺動作。另外，本實施例中的上方是z軸正方向、即重力相反方向，另一方面，下方是z軸負方向、即重力方向，左右方向是從機器人10看時的左右方向，y軸正方向為左方，y軸負方向為右方。

機器人10是人型機器人，具有模仿了人類的骨骼結構的身體。概略地說，在圖1中，通過沿z軸方向延伸的脊骨部14及后述的由板金形成的各種骨部14a～14d、以支承脊骨部14的方式與脊骨部14連結的腰骨部15、進一步支承腰骨部15且連接有未圖示的機器人10的一對腿部的骨盆部16形成機器人10的上半身的骨骼結構(以下簡稱為“上半身骨骼結構”)。并且，在脊骨部14連接有機器人10的頸部13，進一步在該頸部13上配置有頭部11。需要說明的是，在頭部11搭載有用于拍攝外部的相機12。通過經(jīng)由該頸部13的、頭部11與脊骨部14的連接，頭部11能相對于脊骨部14進行側傾動作、橫擺動作，這些動作所用的機器人內(nèi)部結構并不是構成本發(fā)明的核心的結構，因此在本說明書中省略其詳細的說明。

另外，在機器人10中，與右上半身和左上半身分別對應地配置有擔任其上半身的驅(qū)動的驅(qū)動單元20。在此，如圖4所示，脊骨部14在位于機器人10的肩部分的部位，以朝向機器人10的側方延伸的方式連接有機器人前面?zhèn)鹊那胺芥i骨部14a和機器人背面?zhèn)鹊谋趁骀i骨部14b。而且，脊骨部14在位于機器人10的胸部分(比肩部分靠下方的部位)的部位，以同樣朝向機器人10的側方延伸的方式連接有機器人前面?zhèn)鹊那胺叫毓遣?4c和機器人背面?zhèn)鹊谋趁嫘毓遣?4d。通過這些骨部14a～14d及脊骨部14而在夾著脊骨部14的機器人10的上半身內(nèi)的左右形成規(guī)定的空間，配置為在該左右的規(guī)定的空間分別收納有驅(qū)動單元20，相對于各骨部14a～14d連接驅(qū)動單元20。由此，在機器人10內(nèi)安裝有兩個驅(qū)動單元20。骨部14a～14d由比脊骨部14的厚度薄的平板狀的板金形成，因此，驅(qū)動單元20相對于脊骨部14的安裝能比較彈性地進行。這些骨部14a～14d相當于本發(fā)明的上半身支承部，特別是骨部14a、14c相當于本發(fā)明的前方上半身支承部，骨部14b、14d相當于本發(fā)明的背面上半身支承部。需要說明的是，關于驅(qū)動單元20的安裝的詳細內(nèi)容見后述。

＜驅(qū)動單元20的構成＞

圖4表示機器人10的左側的臂部50和與其對應的左上半身用的驅(qū)動單元20成為一體而從機器人10的上半身骨骼結構拆下的狀態(tài)。這樣，驅(qū)動單元20構成為能與對應的臂部50一起從機器人10的上半身骨骼結構拆下，從而能適當?shù)鼐S持機器人10的組裝性、維護性。在該驅(qū)動單元20內(nèi)搭載有由連桿機構構成的旋轉驅(qū)動機構，通過該旋轉驅(qū)動機構向臂部50傳遞來自促動器的輸出，從而能夠進行臂部50的旋轉驅(qū)動。以下，基于圖5及圖6說明該旋轉驅(qū)動機構的詳細。需要說明的是，圖5公開機器人10的左上半身用的驅(qū)動單元20，另一方面，圖6公開機器人10的右上半身用的驅(qū)動單元20的詳細的結構。需要說明的是，在圖6中，為了示出驅(qū)動單元20的內(nèi)部，而省略一部分構成(后述的外側基板21等的構成)。另外，在本說明書中，左上半身用的驅(qū)動單元20和右上半身用的驅(qū)動單元20具有相同的構成，基于圖5及圖6進行的說明適用于兩側的驅(qū)動單元20及其內(nèi)部的旋轉驅(qū)動機構。

驅(qū)動單元20具有由與機器人10的上半身骨骼結構連接的外側基板21和內(nèi)側基板22以及配置于兩基板之間的間隔件23劃定的收容空間。在驅(qū)動單元20連接有臂部50的狀態(tài)下，外側基板21是配置于機器人10的外側、即接近臂部50的一側的基板，相當于本發(fā)明中的第一基座構件。另外，內(nèi)側基板22是配置于機器人10的內(nèi)側的基板，相當于本發(fā)明中的第二基座構件。需要說明的是，在外側基板21設有支承構件28，該支承構件28用于將臂部50支承為繞俯仰軸旋轉自如，借助該支承構件28將臂部50與驅(qū)動單元20側相連接。作為該支承構件28，考慮到在有限的空間容積內(nèi)支承力矩比較大的機器人10的臂部50，優(yōu)選采用能夠用一個軸承支承徑向載荷、軸向載荷等所有的方向上的載荷的支承構件。例如，能夠采用THK株式會社制的交叉輥。

并且，間隔件23是具有劃定兩基板的間隔的長度的棒狀的構件?；谶@些外側基板21、內(nèi)側基板22、間隔件23的構成可以說是形成驅(qū)動單元20的框體的構成，該框體固定于機器人10的上半身骨骼結構，在此配置有三個促動器24、25及與促動器24關聯(lián)的連桿機構30。需要說明的是，促動器24、25相當于本發(fā)明的規(guī)定的促動器，特別是促動器24相當于本發(fā)明的臂部銷用促動器，促動器25相當于本發(fā)明的腰骨部驅(qū)動用促動器。

首先，說明促動器24。促動器24是具有伺服馬達、主體部24a和沿促動器的軸向進行直線移動的輸出軸24b的直動促動器，固定于外側基板21及內(nèi)側基板22。在輸出軸24b的外周面形成有螺旋狀的螺紋槽，在主體部24a中收納有與輸出軸24b的螺紋槽螺合的滾珠絲杠螺母(未圖示)，該滾珠絲杠螺母以僅允許繞軸線的旋轉的狀態(tài)收納于主體部24a內(nèi)。并且，伺服馬達以使該滾珠絲杠螺母旋轉的方式與主體部24a連接，在主體部24a內(nèi)限制滾珠絲杠螺母的軸線方向上的移動，因此，通過伺服馬達的驅(qū)動，輸出軸24b沿軸向進行直線運動、即直動。

促動器24的輸出軸24b與構成連桿機構30的第一連桿部31和第二連桿部32中的第一連桿部31連接。需要說明的是，該連桿機構30相當于上述旋轉驅(qū)動機構。并且，如后述的圖8、圖9所示，第一連桿部31具有從基部31c的兩端向相同方向延伸出的兩個壁部31a，而且，設有以與基部31c平行的方式將兩壁部31a相連的橋部31b。該基部31c由軸承支承為相對于外側基板21和內(nèi)側基板22旋轉自如，且形成有第一支承點33。另外，在橋部31b以與第一連桿部31的朝向可變的方式連接促動器24的輸出軸24b，其連接點為31e。而且，在隔著基部31c與橋部31b相反的一側設有從基部31c延伸出的尾部31d。尾部31d的延伸方向不是在將橋部31b上的連接點31e與第一支承點33連結的直線上，而是相對于該直線未配置促動器24的方向、即后述的第三支承點35所在的方向。并且，在尾部31d的端部(和與基部31c連接的連接部相反側的端部)，第二連桿部32由軸承支承為旋轉自如，且形成有第二支承點34。

這樣，將壁部31a、橋部31b、基部31c、尾部31d作為連桿主體而形成第一連桿部31。并且，第一連桿部31在以將其連桿主體支承為旋轉自如的第一支承點33為基準時，連接有促動器24的輸出軸24b的橋部31b位于其一方側，連接有第二連桿部32的尾部31d位于另一方側。因此，促動器24的輸出起作用的點、即促動器24的輸出向第一連桿部31輸入的連接點31e和經(jīng)由第一連桿部31的將力向第二連桿部32側傳遞的點、即將來自促動器24的輸出向第二連桿部32側輸出的第二支承點34具有以第一支承點33為基準而像蹺蹺板那樣擺動的相互關系，因此，第一連桿部31形成為擺動連桿。更具體而言，第一連桿部31形成為，若連接點31e向上方移動，則第二支承點34向下方移動，相反，若連接點31e向下方移動，則第二支承點34向上方移動。這樣，將第一連桿部31形成為擺動連桿，從而能抑制促動器24的輸出傳遞所需要的機構的大小、特別是其長度尺寸。另外，利用第一連桿部31的蹺蹺板形狀，還能謀求促動器24的輸出的增幅，該點對促動器24的小型化也有幫助。

接著，第二連桿部32在其一方的端部如上所述通過第二支承點34旋轉自如地與第一連桿部31的尾部31d連接，并且，如后述的圖9所示，在另一方的端部，由軸承支承為相對于與機器人10的臂部50的端部連結的板51旋轉自如，且形成有第三支承點35。這樣，第二連桿部32形成為具有包含第二支承點34及第三支承點35的板狀的主體，并且，第二連桿部32使從第一連桿部31傳遞來的力向板51傳遞。該板51是與經(jīng)由支承構件28旋轉自如地安裝的臂部50的端部連結的板，伴隨臂部50的俯仰方向的旋轉而與臂部50一起旋轉。并且，支承點35位于與該臂部50的俯仰方向的旋轉中心相比錯開規(guī)定距離的部位，經(jīng)由第一連桿部31及第二連桿部32向板51傳遞的力成為在俯仰方向上對臂部50進行旋轉驅(qū)動的驅(qū)動力。

這樣，促動器24的驅(qū)動力通過由第一連桿部31及第二連桿部32構成的連桿機構30向臂部50傳遞，從而產(chǎn)生臂部50的俯仰方向上的旋轉動作。并且，臂部50被外側基板21上的支承構件28支承，且第一連桿部31被旋轉支承于外側基板21及內(nèi)側基板22上，因此，第一連桿部31及第二連桿部32的旋轉方向成為與臂部50的俯仰旋轉方向相同的方向。

接著，說明促動器25。促動器25也與促動器24同樣地是直動促動器，固定于外側基板21及內(nèi)側基板22。促動器25的輸出軸與經(jīng)由支承點18a旋轉自如地安裝于外側基板21及內(nèi)側基板22的擺動連桿部18的一端側連接。并且，在擺動連桿部18的另一方端側，經(jīng)由支承點18b旋轉自如地連接有傳遞連桿部17，該傳遞連桿部17進一步與腰骨部15連接。該擺動連桿部18與上述的第一連桿部31同樣地具有蹺蹺板形狀，因此，能抑制促動器25的輸出傳遞所需要的機構的大小、特別是其長度尺寸，并且還能謀求促動器25的輸出的增幅，該點對促動器25的小型化也有幫助。

通過在機器人10的左右的上半身將促動器25的輸出向腰骨部15傳遞，從而利用未圖示的腰骨部15的詳細的構成，相對于骨盆部16在側傾方向及橫擺方向上對機器人10的上半身進行旋轉驅(qū)動。需要說明的是，關于相對于該骨盆部16的旋轉驅(qū)動所用的構成，由于并不是構成本發(fā)明的核心的構成，因此省略其詳細的說明。

另外，驅(qū)動單元20僅包含促動器25，作為與其關聯(lián)的連桿的擺動連桿部18及傳遞連桿部17不包含于驅(qū)動單元20(參照圖4所示的、拆下了驅(qū)動單元的狀態(tài)。)。這是由于，若在拆下驅(qū)動單元20時導致將傳遞連桿部17與腰骨部15的連接解開，則擺動連桿部18及傳遞連桿部17會從驅(qū)動單元20的框體突出，從而操作變難。當然，也可以使驅(qū)動單元20內(nèi)包含擺動連桿部18及傳遞連桿部17地將驅(qū)動單元20從上半身骨骼結構拆下。

接著，基于圖7說明機器人10的背面結構。圖7是表示驅(qū)動單元20的背面構成的圖。如圖7所示，設有從板51上沿機器人10的肩寬方向延伸出的彈簧安裝部52。在該彈簧安裝部52設有兩條對該彈簧安裝部52與背面胸骨部14d之間施加作用力的彈簧19。背面胸骨部14d處的彈簧19的連接位置由19a表示。

彈簧安裝部52位于與臂部50一起進行俯仰旋轉的板51上，且連接位置19a位于形成機器人10的上半身骨骼結構的背面胸骨部14d側，因此，彈簧19所產(chǎn)生的作用力產(chǎn)生有助于臂部50的俯仰旋轉的轉矩。關于該彈簧19所產(chǎn)生的作用力見后述。

＜基于驅(qū)動單元20的支承結構＞

如上所述，在將促動器24、25收容于由外側基板21和內(nèi)側基板22劃定的收容空間內(nèi)的狀態(tài)下，驅(qū)動單元20在其上部前方部位、上部背面部位處分別與前方鎖骨部14a和背面鎖骨部14b連接。而且，驅(qū)動單元20在其中央前方部位、中央背面部位處分別與前方胸骨部14c和背面胸骨部14d連接，在驅(qū)動單元20的下方，經(jīng)由促動器25的輸出軸、擺動連桿部18、傳遞連桿部17與腰骨部15連接。并且，各骨部14a～14d與促動器20的外側基板21及內(nèi)側基板22的連接點相當于本發(fā)明的第一連接點，經(jīng)由擺動連桿18等的與腰骨部15的連接點(支承點17a)相當于本發(fā)明的第二支承點。

利用這樣的驅(qū)動單元20與上半身骨骼結構的連接方式，驅(qū)動單元20以從下方進行支承的方式與相當于上半身支承部的各骨部14a～14d連接。并且，從圖中也明顯可知，相當于第一連接點的驅(qū)動單元20與各骨部14a～14d的連接點位于從脊骨部14向機器人10的側方離開了相當于機器人10的肩寬的距離的位置，位于比支承點17a更靠機器人10的側方的位置。另外，相當于第二連接點的支承點17a為與脊骨部14相連的腰骨部15上的連接點，據(jù)此，通過第一連接點、第二連接點及各骨部14a～14d與脊骨部14的連接點形成大致三角形的支承框架。即，驅(qū)動單元20自身包含于該支承框架的一邊中。

在此，從圖中也明顯可知，在該支承框架中，驅(qū)動單元20成為外側基板21與內(nèi)側基板22在它們的長度方向上在第一連接點與第二連接點之間延伸的狀態(tài)。外側基板21和內(nèi)側基板22也是固定促動器24、25的基板，因此，為了作為驅(qū)動單元20的框體而發(fā)揮功能，兩基板的厚度相應地變厚。因此，外側基板21和內(nèi)側基板22的剛性設定得比較高。

因此，當驅(qū)動單元20的各基板21、22包含于上述支承框架的一邊中時，能夠直接將各基板21、22的剛性利用于機器人10的上半身骨骼結構、特別是骨部14a～14d的支承。這是指，即使沒有為了支承上半身骨骼結構而設置特別的支承結構，也能謀求機器人10的上半身的強度提高，換言之，能夠抑制為了機器人10的上半身的強度提高而導致上半身的重量增加。

另外，臂部50未與骨部14a～14d直接連接，而安裝于驅(qū)動單元20的外側基板21。并且，如上所述，骨部14a～14d由板金形成，因此，彈性地對驅(qū)動單元20進行支承。通過這樣地彈性地對驅(qū)動單元20進行支承，能夠利用骨部14a～14d的彈力吸收一部分來自臂部50的載荷。因此，能夠減輕應由將臂部50安裝于外側基板21的支承構件28支承的載荷，能夠使用允許載荷比較低的支承構件28、例如允許的徑向載荷、軸向載荷比較低的交叉輥。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)支承構件28的小型化，從該點出發(fā)也能抑制機器人10的上半身的重量增加。

而且，從抑制機器人10的上半身的重量增加的觀點出發(fā)，在將用于驅(qū)動臂部50的促動器24固定收容于在驅(qū)動單元20形成的上述收容空間內(nèi)的狀態(tài)下與上半身骨骼結構連接的構成也可以說是有用的。通過將促動器24配置于臂部50的外部，與配置于臂部50的內(nèi)部的情況相比，能夠減輕臂部50的重量。臂部50是被旋轉驅(qū)動的構件，因此其輕量化歸結為臂部50的力矩降低、進而旋轉驅(qū)動時的載荷降低。其結果是，不需要大幅提高上半身骨骼結構的耐載荷性，因此認為有助于抑制上半身的重量增加。需要說明的是，為了在將促動器24配置于臂部50的外部的基礎上對臂部50進行旋轉驅(qū)動，通過后述的連桿機構30的動作將來自促動器24的直動的輸出軸的輸出向臂部50傳遞的構成是極其有用的。

＜連桿機構30的動作＞

連桿機構30如上所述由第一連桿部31和第二連桿部32構成，通過將促動器24的驅(qū)動力向與臂部50連結的板51傳遞，從而臂部50被沿俯仰方向旋轉驅(qū)動。并且，關于該連桿機構30的動作的詳情，以下，基于圖8、圖9、圖10進行說明。

圖8表示臂部50向鉛垂下方延伸的狀態(tài)、即在臂部50由支承構件28旋轉自如地支承的狀態(tài)下臂部50效仿重力成分而位于向最下方延伸的最下方位置的狀態(tài)下的、以連桿機構30為中心的驅(qū)動單元20內(nèi)的狀態(tài)。另一方面，圖9表示臂部50沿水平方向延伸的狀態(tài)、即在臂部50由支承構件28旋轉自如地支承的狀態(tài)下臂部50位于從最下方位置逆著重力成分上升的水平上升位置的狀態(tài)下的、以連桿機構30為中心的驅(qū)動單元20內(nèi)的狀態(tài)。即，圖8表示由臂部50的自重產(chǎn)生的對促動器24的重力負荷成為最小的狀態(tài)，圖9表示該重力負荷成為最大的狀態(tài)。

另外，為了容易把握構成連桿機構30的各連桿部的狀態(tài)，圖10以向zy平面投影的狀態(tài)示出各連桿部。因此，第一連桿部31由將連接點31e與第一支承點33連結的直線和將第一支承點33與第二支承點34連結的直線彎折了的く形狀表示。需要說明的是，具體而言，圖10的左圖(a)表示臂部50如圖8所示那樣位于最下方位置的情況下的連桿機構30的狀態(tài)，圖10的右圖(b)表示臂部50如圖9所示那樣位于水平上升位置的情況下的連桿機構30的狀態(tài)。

在此，關于機器人10的臂部50被從最下方位置上升驅(qū)動至水平上升位置的情況下的連桿機構30的動作進行說明。在機器人10的臂部50位于最下方位置的情況下，如圖8所示，處于促動器24的輸出軸24b在驅(qū)動單元20內(nèi)位于最上方的位置的狀態(tài)。因此，如圖10(a)所示，第二支承點34成為位于該第二支承點34能采用的位置中最下方的位置的狀態(tài)。因此，受該第二支承點34的位置的影響，成為第二連桿部32將板51向下方牽引的狀態(tài)，因此，經(jīng)由了圖10(a)所示的板51的狀態(tài)的、臂部50的最下方位置被確定。

這樣，從圖8(a)所示的狀態(tài)，通過促動器24的驅(qū)動將輸出軸24b向主體部24a牽引時(即、機器人10的輸出軸24向下方直動時)，在圖10(a)中，第一連桿部31以第一支承點33為中心繞逆時針旋轉。即，通過輸出軸24b的向下方的直動，連接點31e向下方移動，且第二支承點34向上方移動。其結果是，第二連桿部32沿順時針方向頂起板51，因此，在圖10中，臂部50伴隨板51的旋轉而沿順時針方向旋轉上升，從而到達圖10(b)所示的水平上升位置。

在此，在該臂部50旋轉上升的過程中，關注將第一支承點33與第二支承點34連結的直線(以下稱為“第一直線”)和將第二支承點34與第三支承點35連結的直線(以下稱為“第二直線”)所成的角度θ(以下稱為“連桿間角度”)。由于第一支承點33形成于外側基板21及內(nèi)側基板22與第一連桿部31之間，因此，第一支承點33的位置與第一連桿部31的狀態(tài)無關而相對于外側基板21等不變。并且，第一連桿部31從圖10(a)所示的狀態(tài)繞逆時針方向旋轉時，第二支承點34以該第一支承點33為中心上升，原來為銳角的連桿間角度θ超過90度而成為鈍角，在最終的圖10(b)所示的狀態(tài)下，成為接近180度的角度。即，通過第一連桿部31的繞逆時針方向的旋轉，連桿間角度θ逐漸打開為接近180度，第三支承點35以自第一支承點33進一步離開的方式上升。

其結果是，在圖10(b)所示那樣的臂部50上升至水平的狀態(tài)下，將第一支承點33與第二支承點34連結的第一直線和將第二支承點34與第三支承點35連結的第二直線大致在一直線上，且以沿著z軸的方式延伸。此時，臂部50的重力成分所產(chǎn)生的重力負荷成為最大，連桿機構30的三個支承點33、34、35在第一支承點33上大致排列在一直線上。因此，能夠在被外側基板21等支承的第一支承點33支承更多的從臂部50傳遞來的重力負荷，因此，能夠減輕經(jīng)由連接點31e向促動器24側傳遞的負荷。

另外，在連桿機構30中，以下述方式確定第一連桿部31和第二連桿部32的形狀、尺寸，即，在臂部50位于水平上升位置的附近的位置的情況下，與臂部50位于最下方位置的附近的位置的情況相比，使與臂部50連結的板51的旋轉量相對于促動器24的輸出軸24b的位移量的比率變小。其結果是，就臂部50的位移量相對于搭載于促動器24的伺服馬達的位移量的比率即減速比而言，臂部50越接近水平上升位置設定得越大。因此，在臂部50位于最下方位置的附近的情況下，雖然減速比較小，但由于臂部50所產(chǎn)生的重力負荷較小，因此，將相對于促動器24的影響度保持得較小。另一方面，在臂部50所產(chǎn)生的重力負荷相對變大的水平上升位置的附近，進一步增大減速比，從而能夠盡量減輕臂部50所產(chǎn)生的重力負荷對促動器24的影響度，因此，能謀求促動器24的小型化。

另外，在機器人10中，如圖7所示那樣進行基于彈簧19的作用力的施加。關于該點，基于圖11進行說明。在圖11中，臂部50所產(chǎn)生的重力負荷的推移、及彈簧19的作用力的推移相對于臂部50的旋轉角度分別用線L1、L2表示。需要說明的是，就圖11的橫軸而言，在臂部50位于最下方位置的情況下(圖10(a)所示的狀態(tài)的情況下)，旋轉角度為0度，在臂部50位于水平上升位置的情況下(圖10(b)所示的狀態(tài)的情況下)，旋轉角度為90度。另外，彈簧19的作用力在圖11所示的旋轉角度的范圍內(nèi)向產(chǎn)生使臂部50上升旋轉的轉矩的方向施加。

在此，根據(jù)線L1可知，臂部50從最下方位置旋轉上升至水平上升位置時，其重力負荷逐漸上升。此時，以如下方式?jīng)Q定彈簧的安裝位置、彈簧常數(shù)，即，就彈簧19的作用力而言，如根據(jù)線L2可知的那樣，在臂部50到達水平上升位置之前的區(qū)域(大致為旋轉角度從50度到75度的位置，成為“規(guī)定負荷區(qū)域”。)使作用力比由線L1表示的重力負荷大。通過這樣的彈簧19的設計，在臂部50所產(chǎn)生的重力負荷比較大的區(qū)域，能夠利用彈簧19的作用力有效地支承臂部50，能夠減輕對促動器24施加的負荷。需要說明的是，在臂部50所產(chǎn)生的重力負荷比規(guī)定負荷區(qū)域進一步增大的區(qū)域(臂部50的旋轉角度大致為從75度到90度的位置)，如上所述，連桿機構30所產(chǎn)生的減速比相對變大，因此，即使如圖11所示那樣彈簧19的作用力比重力負荷低，也能減輕對促動器24施加的重力負荷。

另外，如圖11所示，在臂部50所產(chǎn)生的重力負荷比規(guī)定負荷區(qū)域小的區(qū)域(臂部50的旋轉角度大致為從0度到50度的位置)，如上所述，連桿機構30所產(chǎn)生的減速比相對較小，但由于臂部50所產(chǎn)生的重力負荷自身相對較小，因此，即使如圖11所示那樣彈簧19的作用力比重力負荷低，對促動器24施加的重力負荷也不會成為阻礙促動器24的小型化的程度。

通過這樣地考慮與連桿機構30所產(chǎn)生的減速比的相互關系地設定彈簧19所產(chǎn)生的作用力，能在臂部50的整個旋轉驅(qū)動范圍內(nèi)減輕對促動器24施加的重力負荷，能謀求促動器24的小型化。

在此，返回圖10再次說明連桿機構30。在如圖10(b)那樣臂部50處于水平上升位置的情況下，第二支承點34、第三支承點35以第一支承點33為基準沿z軸大致排列為直線狀，從而如上所述，能夠在第一支承點33有效地支承臂部50所產(chǎn)生的重力負荷。此時，第一連桿部31如上所述那樣向第三支承點35側偏倚而形成為彎折了的形狀(く形狀)。因此，在第一連桿部31的連接點31e從圖10(a)所示的狀態(tài)位移至圖10(b)所示的狀態(tài)的情況下，利用第一連桿部31的彎折了的形狀，將第一支承點33與第二支承點34連結的第一直線和將第二支承點34與第三支承點35連結的第二直線容易更接近直線狀。在連桿機構30中，在臂部50位于水平上升位置的情況下，成為第一直線和第二直線更接近直線的狀態(tài)，從而容易享有第一支承點33所產(chǎn)生的重力負荷的支承的效果。因此，第一連桿部31的上述彎折形狀只要考慮該第一支承點33所產(chǎn)生的重力負荷的支承地進行設計即可。

另外，第一連桿部31的上述彎折形狀優(yōu)選也從第一連桿部31從第一直線和第二直線成為直線狀的狀態(tài)起的旋轉驅(qū)動的容易度的觀點出發(fā)來決定。在第一直線和第二直線成為直線狀的情況下，若將連接點31e和第一支承點33連結的直線位于第一直線等的延長線上，則從圖10(b)所示的狀態(tài)向圖10(a)所示的狀態(tài)返回時，難以對第一連桿部31施加所需要的轉矩。因此，優(yōu)選考慮第一連桿部31的旋轉驅(qū)動的容易度地決定第一連桿部31的彎折形狀。

需要說明的是，在本實施例中，作為臂部50的旋轉支承所用的支承構件28，如上所述能夠使用交叉輥。該交叉輥是能夠支承來自多方面的載荷的支承構件。因此，關于與臂部50有關的負荷的支承，該交叉輥適當?shù)仄鹱饔?，相應地，能減小擔任臂部50的俯仰旋轉的促動器24所要求的剛性，從該點出發(fā)也能謀求促動器24的小型化。

＜變形例＞

在上述的實施例中，為了對臂部50施加上升旋轉方向的作用力，彈簧19設于背面胸骨部14d與板51之間，但代替該方式，也可以在構成連桿機構30的第一連桿部31或第二連桿部32與機器人10的上半身骨骼結構之間配置彈簧19。但是，如圖10所示，也存在兩連桿部在臂部50的旋轉驅(qū)動范圍內(nèi)狀態(tài)發(fā)生較大變化的情況，因此，在連接彈簧19時，需要連接在與兩連桿部不發(fā)生干涉的位置。

附圖標記說明

10…機器人、14…脊骨部、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、17a…支承點、19…彈簧、20…驅(qū)動單元、21…外側基板、22…內(nèi)側基板、24、25…促動器、28…支承構件、30…連桿機構、31…第一連桿部、31a…壁部、31b…橋部、31c…基部、31d…尾部、31e…連接點、32…第二連桿部、33…第一支承點、34…第二支承點、35…第三支承點、50…臂部、51…板。