JP2008023076A - マグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、多点を所望の位置に配置させることを可能とする機構を提供すること、更には、自由度の高い構造体を手動によって変更可能に提供でき、多様な分野でのニーズに応えられる構造体を提供することにある。
【解決手段】本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、オフセット関節のアーム端面及び回転面がマグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結されるマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを多段に連接させるものとした。
【選択図】図１

Description

本発明はオフセット多関節構造体に関し、特に、マグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体の構成要素である手動で連接と関節の曲げ動作(回転設定)にて多自由度の形態設定できる複枝関節機構の具体的構造、マグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体の利用法に関する。

オフセット多関節ロボットというのは、図１４に示すように、長手方向の中心軸に対してある角度を有する平面の端部をもったアーム同士がその端面を摺動する形態で回転自在に結合されたロボット・アームの関節をもったもの、すなわち、アームの長手方向の中心軸に対してある方向と角度γを持った軸を中心に回転する関節を機構とするロボットを、オフセット・ロボットと言う。そして、その方向をオフセット回転軸方向、その角度をオフセット角と言い、該オフセット角に対応して両アームのなす角度が変化する。また、このようなオフセット関節から構成される複数のアームを持った構造体を、オフセット多関節構造体と呼ぶ。このオフセット多関節構造体が他のロボット・アームと比較して特徴的なのは、関節の運動が回転のみによってアームの２次元曲げ動作を実現されること、また手動で回転設定を行うという点である。

本発明者らは先にオフセット型関節ユニットを用いたロボットに関する基本技術について出願（特許文献１）し、特許第３３２６４７２号として登録された。この発明の多関節ロボットは、図１５に示すように駆動側アーム１０６と従動側アーム１０７がアーム軸線に対して傾斜したオフセット回転軸線回りに回転駆動されるオフセット回転関節を少なくとも複数個有する多関節ロボットにおいて、前記駆動側アーム１０６先端に高減速比の関節回転伝動機構部１０９が所定のオフセット角度γで傾斜して固定され、該関節回転伝動機構１０９は駆動側であるステータ部と従動側であるロータ部とで構成され、前記ステータ部がステータハウジング１２０、該ステータハウジング１２０に回転自在に固定され外周面にカム面が形成され、モータ１１０で回転駆動される中空回転軸、内周面が前記中空回転軸のカム面１３１と係合するカム作動面で外周面が歯面となって弾性変形可能に固定されてなる入力ギア部材１３２からなり、前記ロータ部材が、ロータハウジング１３０、該ロータハウジング１３０に固定され、前記ステータ部の入力ギア部材１３２と噛合い前記中空軸と同一回転軸心で回転する出力ギア部材１３７からなり、前記ロータハウジング１３０に従動側アーム１０７を固定してオフセット回転関節を構成してなることを特徴とするものである。このオフセット多関節ロボットはモータとギアだけで構成することができるため、関節の機構が単純であることにより、ミリサイズのものから巨大サイズのものまで作成することができる、開発や製造コストを他の多関節ロボットより一般に低く抑えることができる等の長所を備えている。

また、本発明者らは多点を所望の位置に配置すると共に、前記各点がそれぞれに適宜の運動を行うことを可能とする機構を提供すること、更には、このような機構を用いることにより、多様な分野でのニーズに応えられるロボットを提供することを目的として、先に「分岐アーム機構を有するオフセット多関節ロボット」なる発明（特許文献２）を特許出願した。この発明は、上記のオフセット関節ロボットを基礎として、１つのアームにそれぞれに独立した運動を可能とする複数のアームが結合された複枝関節ユニットを多段に連接する構成を採用し、前記複枝関節ユニットは、基部アームの先端部が回転可能に台座を支承し、該台座には前記回転軸とは方向を異にする軸回りに回転可能な複数のアームを支承する機構を備えるものであり、ショーウィンドウに設置して効果的な展示用テーブル、室内用の装飾器具、舞台装置用の道具、マネキン人形等に適用する実施形態を提示した。しかし、これらの実施形態においてはロボットとしての動的作動を必要としないもの、すなわち、一旦所望形態が採られた後は関節部の駆動を要しないものもあり、そのようなものに関節毎にモータを備える多関節ロボットを用いるこの発明はコスト的な無駄があることとなる。
特開２００１−１３８２７９号公報「多関節ロボットとその制御方法」 平成１３年５月２２日公開 特願２００６−６７３０１号「分岐アーム機構を有するオフセット多関節ロボット」の明細書 特開平５−３１７１４５号公報 「マネキン人形の関節構造」 平成５年１２月３日公開

本発明の課題は、多点を所望の位置に配置させることを可能とする機構を提供すること、更には、自由度の高い構造体を手動によって変更可能に提供でき、多様な分野でのニーズに応えられる構造体を提供することにある。
また、上記多様な枝分かれ構造体において枝(アーム)と関節の内部空間に電線等を配することができる中空構造を実現すること、更には構造体各部位が重量に耐え得る連接機構を実現することにある。

本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、オフセット関節のアーム端面及び回転面がマグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結されるマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを多段に連接させるものとした。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの形態として１つの歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた２自由度を備えた単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示する。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの他の形態として左右の歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示する。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの他の形態として左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた５自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示する。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの他の形態として左右いずれか１つの歳差運動機構と該歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた修正単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示する。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの他の形態として支持軸方向に連接された左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた６自由度を備えた片枝連接型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示する。

本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構として、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、平板厚み方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものを提示する。
本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構として、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、放射方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものを提示する。
本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構として、マグネットにより着脱される他方側アーム端には、分割された磁石間隔と同じ間隔の磁路遮断用のスリットが切られると共に中心部に孔を空けられた磁性体が取り付けられるようにした。
本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネットにより着脱されるリング状に配置されたマグネット及び／又は中心部が空けられた磁性体の中心部には、電力供給用のコネクターが対向して配置されるようにした。

本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてツリー型とし、ツリーにＬＥＤ電飾及び／又は下げカゴを配置することを提示する。
本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてロッド型とし、ロッド先端部に照明器具を配置することを提示する。
本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、下半身、上半身、頭部、上腕、下腕、手首等の肢体をアームに対応させたマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてマネキン人形とすることを提示する。

本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、オフセット関節のアーム端面及び回転面がマグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結されるマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを多段に連接させるものとしたので、モータ等の駆動源を必要としないで、アームの先端部や途中の関節部など多点を所望の位置に配置させることを可能とする機構を提供することができた。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットの形態として１つの歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた２自由度を備えた単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのもの、左右の歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのもの、左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた５自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのもの、左右いずれか１つの歳差運動機構と該歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた修正単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのもの、更には支持軸方向に連接された左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた６自由度を備えた片枝連接型の分岐回転関節機構ユニットタイプのものを提示したので、これらを組み合わせて多様な形態の構造体を自在に実現させることができる。

本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体に用いるマグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構は、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、平板厚み方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたもの、或いは平板リング状の磁性体を放射状に分割し、放射方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものであるから、強力な吸着力によって安定確実なアーム接続が可能となる。また、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものであるから、連接するアームの相対角について作業者が細かい位置調整に神経を使うことなくステップ状に変化させることができる。
また、マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構として、マグネットにより着脱される他方側アーム端に、分割された磁石間隔と同じ間隔のスリットが切られると共に中心部が空けられた磁性体が取り付けたものは、そのスリットの存在により分割された磁石毎の磁気回路が分離して形成されるので、スリットを持たない磁性体を用いた場合より強力な吸着力を得ることができる。
また、本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、マグネットにより着脱されるリング状に配置されたマグネット及び／又は中心部が空けられた磁性体の中心部に電力供給用のコネクターが対向して配置されるようにしたので、外部配線をすることなく連接されるアーム間で電力等の伝達が可能となる。

マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてツリー型とし、ツリーにＬＥＤ電飾及び／又は下げカゴを配置するようにした本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、観賞用にも展示用にも利用でき、容易に形状や位置を変更することができるので、飽きが来た場合やかご内に載せるものを変える際にも容易に対応ができる。またこの構造体を置く場所に応じて連接するユニットの数を変えて大きさなど形状を容易に調整することができる。
また、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてロッド型とし、ロッド先端部に照明器具を配置するようにした本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、所望に応じて自由度の高い形状をとることができるので、必要な数の照明器具を取り付け、照明を当てたい部分に光が届くように、また、周囲の存在物の邪魔にならないように自由に設計・調整をすることができる。
また、下半身、上半身、頭部、上腕、下腕、手首等の肢体をアームに対応させたマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてマネキン人形とする本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、各肢体の曲げ角や向きを手動で変化させたり、一時的に外したりできるので、着せるものに応じて自由に対応をとることができる。また、時々に体位を変更することにより、多様な姿勢での展示を可能とする。
以上のように本発明のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、多様な分野でのニーズに応えられる構造体を提供することができる。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体の分岐回転関節機構ユニットには、図１に示すような、単枝型の分岐回転関節機構ユニットＡタイプ(２自由度型、歳差運動機構と回転修正運動機構)、図２に示すような双枝型の分岐回転関節機構ユニットＢタイプ(３自由度型、左右の歳差運動機構と支持軸回転運動機構)、図３に示すような修正双枝型の分岐回転関節機構ユニットＣタイプ(５自由度型、左右の歳差運動機構と各回転修正運動機構および支持軸回転運動機構)と変形Ｃタイプ(６自由度型、双枝組合型の分岐回転関節機構)、図４に示すような修正片枝型の分岐回転関節機構ユニットＤタイプ(３自由度、片側の歳差運動機構とその回転修正運動機構および支持軸回転運動機構)、図５に示すような片枝連接型の分岐回転関節機構ユニットＥタイプ(６自由度型、各段違いの歳差運動機構とその回転修正運動機構および支持軸回転運動機構)、が準備され、適宜組み合わされて構造体を形成する。

まず、図１に示す単枝型の分岐回転関節機構ユニット（Ａタイプ）について説明する。
図中１は円筒状の前段アームであり、その端部には平板リング状のマグネット５が配設されている。また、２は台座基部であって、この台座基部２は前記マグネット５と磁気結合する平板リング状の磁性体６を端部に備えると共に、他端面は前記端部とは所定のオフセット角γ1をもって形成され、その面には前記前段アーム１の端面と同様に平板リング状のマグネット５が配設されている。前記前段アーム１とこの台座基部２の結合部は周縁が互いに嵌合形態で回動自在且つ着脱自在の機構となっており、オフセット関節における回転修正運動機構の役割を果たす。この平板リング状のマグネット５と平板リング状の磁性体６が対峙し、周縁が互いに嵌合形態で回動自在且つ着脱自在の磁気結合部は本発明のおける基本構成要素であり、以下これを単に本発明の磁気結合機構と呼ぶ。４は次段アームであって、この次段アーム４の端部は前記台座基部２端部のマグネット５と磁気結合する平板リング状の磁性体６を端部に備えると共に、アーム軸は前記端部とは所定のオフセット角γ2をもって形成され、その他端面には平板リング状のマグネット５が配設されている。前段アーム１と台座基部２そして次段アーム４が結合されたものが１つの歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた２自由度を備えた単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプのマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを構成する。オフセット角γ１とオフセット角γ２とは一般には異なる値であってよいが、図に示したものは使用上の利便性から共に４５度として示してある。この場合ユニットＡは前段アーム１の軸に対して次段アーム４の軸は９０度まで曲げられ、回転方向は３６０度の範囲の形態を自由に設定できることになる。図１のＡは直線方向に結合されたユニットの立面断面図を示しており、Ｂは前段アーム１と台座基部２そして次段アーム４の分解断面図、Ｃは本発明の磁気結合機構中心部に設置される電力供給用のコネクターの分解図である。一方側にはメス型コネクター７１が他方にはオス型のコネクター７２が固定部材を介してそれぞれの端部中央に固定されている。両部材の着脱に応じてコネクターが接断される機構となっている。前段アーム１と台座基部２そして次段アーム４はそれぞれ中空構造であって、この内部に給電や信号用のリード線を配置できると共に、このコネクターを介して各ユニット間を電気的に接続できるようになっている。

図２に示す双枝型の分岐回転関節機構ユニット（Ｂタイプ）は、左右の歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度型のものである。図のＡは立面断面図、Ｂは上方から見た平面図である。１の前段アームは先のユニットＡと変わりはないが、前段アーム１に結合された台座基部２は左右２つのオフセット回転面による分岐構造を備えたもので、この左右のオフセット回転面にそれぞれ次段アーム４が本発明の磁気結合機構で連結された構造となっている。この左右の回転面は前段アーム１の中心軸に対して一般には異なる角度であってよいが図に示したものは使用上の利便性から共に軸対称にある４５度として示してある。この場合のユニットＢは左右の次段アーム４の軸が前段アーム１の軸に対して１８０度異なる左右のオフセット回転面をベースにそれぞれに９０度まで曲げられ、回転方向は３６０度の範囲の形態を自由に設定できることになる。前段アーム１と台座基部２そして左右の次段アーム４はそれぞれ中空構造であって、互いに本発明の磁気結合機構で連結され、この内部に給電や信号用のリード線を配置できると共に、このコネクターを介して各ユニット間を電気的に接続できるようになっている点はユニットＡと同様である。

図３に示す修正双枝型の分岐回転関節機構ユニット（Ｃタイプ）は、左右の歳差運動機構と各回転修正運動機構および支持軸回転運動機構からなる５自由度タイプである。図のＡは立面断面図、Ｂは上方から見た平面図である。１の前段アームは先のユニットＡ，Ｂと変わりはないが、前段アーム１に結合された台座基部２はほぼ直方形をなし、前段アーム１の軸方向と平行する左右２つの回転面を備えている。この左右の回転面には平面リング状の磁石５が配置され、本発明の磁気結合機構となって、それぞれに台座本体３が連結される。この左右の台座本体３の他端にオフセット角度（この図に示したものは前段アーム１の軸方向と４５度で左右は軸対称）をもった回転面が形成され、それぞれにアーム軸と所定のオフセット角γ2（この図の例では４５度）をもって形成された次段アーム４と本発明の磁気結合機構で連結される。このユニットＣは前段アーム１と台座基部２と左右の台座本体３そして左右の次段アーム４からなる６構成部材からなる双枝型であり、これらの部材はそれぞれ中空構造であって、互いに本発明の磁気結合機構で連結され、この内部に給電や信号用のリード線を配置できると共に、このコネクターを介して各ユニット間を電気的に接続できるようになっている点はユニットＡ，Ｂと同様である。台座基部２の左右の回転面がオフセット関節における回転修正運動機構の役割を果たすものとなっていて、次段アーム４を曲げ角度に影響されず所望の方向に向けられる機能を備えた点で先のユニットＢと大きく異なる。
また、このユニットＣは直方体形状の台座基部２の前段アーム１との結合面反対側の面は終端面としてあるが、図３中Ａの一点鎖線で囲った部分に図示するようにこの面を平板リング状の磁石５を配置した本発明の磁気結合可能な構造に置き換えた変形ユニットＣを提案する。この変形ユニットＣはこの台座基部２の端面部に次段のユニットを連接することができる点が特徴である。すなわち、幹部の延長に加えて両側に枝を出すことができる６自由度のユニットである。この台座基部２の端面部に次段のユニットを連接しないときはキャップ９を被せて終端とすることができる。

図４に示す修正片枝型の分岐回転関節機構ユニット（Ｄタイプ）は、片側の歳差運動機構とその回転修正運動機構および支持軸回転運動機構を備えた３自由度のユニットである。図のＡは立面断面図、Ｂは左方からの側面図、Ｃは右方から見た側面図である。図Ａは図ＢのＡ−Ａ’部の断面である。このユニットは先の変形ユニットＣにおいて左右片側の枝だけの構造を採ったものに相当する。すなわち、１の前段アームは先のユニットＣと変わりはなく、前段アーム１に結合された台座基部２はほぼ直方形をなし、前段アーム１の軸方向と平行する左右２つの回転面を備えている。この左右の回転面には平面リング状の磁石５が配置され、本発明の磁気結合機構をとれる構造となっているが、台座本体３が連結されるのは一方だけで他方はキャップ９が被されている。この台座本体３の一端にオフセット角度（この図に示したものは前段アーム１の軸方向と４５度）をもった回転面が形成され、アーム軸と所定のオフセット角γ2（この図の例では４５度）をもって形成された次段アーム４と本発明の磁気結合機構で連結される。このユニットＤは前段アーム１と台座基部２と片方の台座本体３そして次段アーム４からなる４構成部材からなる片枝型である。これらの部材はそれぞれ中空構造であって、この内部に給電や信号用のリード線を配置できると共に、本発明の磁気結合機構で連結された部材間、並びに各ユニット間を電気的に接続できるようになっている点は先のユニットと同様である。台座基部２の回転面がオフセット関節における回転修正運動機構の役割を果たすものとなっていて、次段アーム４を曲げ角度に影響されず所望の方向に向けられる機能を備えた点では先のユニットＣ、変形Ｃと同様である。また、このユニットＤでは台座基部２の前段アーム１との結合面反対側の面は変形ユニットＣと同様に、本発明の磁気結合可能な構造となっているが、ここは使用されずキャップ９が被せられる。

図５に示す片枝連接型の分岐回転関節機構ユニット（Ｅタイプ）は各段違いの歳差運動機構とその回転修正運動機構および支持軸回転運動機構を備えた６自由度のユニットである。図のＡは立面断面図、Ｂは上方から見た平面面である。このユニットは先のユニットＤを二段重ねた構造を採ったものに相当する。すなわち、先のユニットＤにおいてはキャップ９が被せられていた台座基部２の前段アーム１との結合面反対側の面に更に第２の台座基部２が連接され、該第２の台座基部２には所定のオフセット角γ2（この図の例では４５度）をもって形成された次段アーム４と本発明の磁気結合機構で連結される。この第２の台座基部２にも第１の台座基部２と同様に前段アーム１の軸方向と平行する左右２つの回転面を備えていて、この左右の回転面には平面リング状の磁石５が配置され、本発明の磁気結合機構をとれる構造となっているが、台座本体３が連結されるのは一方だけで他方はキャップ９が被されている。このユニットＥは前段アーム１と２つの台座基部２と２つの片方の台座本体３そして２つの次段アーム４からなる７構成部材からなる片枝連接型である。これらの部材はそれぞれ中空構造であって、この内部に給電や信号用のリード線を配置できると共に、本発明の磁気結合機構で連結された部材間、並びに各ユニット間を電気的に接続できるようになっている点は先のユニットと同様である。台座基部２の回転面がオフセット関節における回転修正運動機構の役割を果たすものとなっていて、次段アーム４を曲げ角度に影響されず所望の方向に向けられる機能を備えた点では先のユニットＣ、変形Ｃ、Ｄと同様である。また、このユニットＥでは第２の台座基部２における第１の台座基部２との結合面反対側の面はユニットＤの第１の台座基部２と同様に、本発明の磁気結合可能な構造となっているが、ここは使用されずキャップ９が被せられ、幹部は終端となっている。

次に本発明の磁気結合機構に採用される１形態を図６に示す。前記各分岐回転関節機構ユニット内のマグネット着脱関節機構は手動方式のマグネットを用いた着脱機構である。図６のＡに示す磁石５は平板リング状の磁性体を放射状に分割し、平板厚み方向に帯磁したもの（分割磁石５ａ）を交互に極性を逆転させてリング状に配置させたもの（片面多極型穴付マグネット）の斜視図である。この分割磁石５ａは図６の斜視図Ｄに示されるように断面Ｕ字型の円筒型磁性ホルダー５ｂ内に極を交互に反転させてリング状に収納される。その際、円筒型磁性ホルダー５ｂの内側外側の周面と磁石側面とは若干の空隙部が生じるようになっている。図６のＢに示すものは、その片面多極型穴付マグネットと対峙して配置されるスリット６ａ付の平板リング状磁性体６の斜視図である。この磁気結合は図６のＣに示されるように分割磁石５ａからの磁力線は対峙する平板リング状磁性体６内を通り隣接する分割磁石５ａに入る。平板リング状磁性体６内を通る磁力線の向きが磁路遮断機能を果たすスリット６ａを挟んで左右に分離する形態で磁石５は磁性体６を吸着する。この時の形態が図６のＥに斜視図で示される。
マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構は、上記のスリット６ａ付の平板リング状磁性体６に限らず、図６のＦに示すように平板リング状の磁石５を対峙させた形態であってもよい。その平板リング状の磁石５は、同じピッチ角度で分割された磁石５ａを断面Ｕ字型の円筒型磁性ホルダー５ｂ内に極を交互に反転させてリング状に収納したものでよい。この方が磁気結合の吸着力が強力となることは当然である。勿論対峙する磁石の異極同士が引き合う関係になるから分割磁石のピッチ角度を１ステップとする回転角での接続を手動選択できる。

本発明の磁気結合機構に採用される他の形態を図７に示す。図７においてＡは平板リング状の磁性体を放射状に分割し、放射方向に帯磁したもの（分割磁石５ａ）を交互に極性を逆転させてリング状に配置させた磁石５（外周多極型穴付マグネット）の斜視図、Ｂは断面Ｌ字型のスリット付円筒型磁性体６の斜視図、Ｃはこの磁石（外周多極型穴付マグネット）５とスリット付円筒型磁性体６の結合状態を示す斜視図そしてＤはその際の磁力線を示す図である。このマグネット着脱関節機構は、Ａから分かるようにこの形態の磁石は軸方向ではなく放射方向に磁化されているので、結合される磁性体６は円筒面を備えていなければならない。そこで、この形態の磁性体６はＢに示されるように断面がＬ字型の円筒体で、その円筒面には分割磁石５ａと同じピッチ幅の磁路遮断機能を果たすスリット６ａが設けられると共に、中央部には孔が空けられている。この外周多極型穴付マグネット５による磁気結合は図７のＣに示されるようにリング状の分割磁石５ａを円筒状の磁性体６が外側から覆うような位置関係となる。その際磁石５からの磁力線は対峙する円筒状磁性体６内を通り隣接する分割磁石５ａに入る。円筒状磁性体６内を通る磁力線の向きが磁路遮断機能を果たすスリット６ａを挟んで両方に分離する形態で磁石５は磁性体６を吸着する。この時の形態が図７のＤに示される。
なお、前記各マグネット着脱関節機構(片面多極型、外周多極型)の大きさは、数ミリサイズから数十センチサイズのものまで製品供給が可能である。また、各マグネット着脱関節機構は、必要に応じて適宜使い分けを可能にできる。

本発明の磁気結合機構では上記のいずれの形態においても、マグネットにより着脱されるリング状に配置されたマグネット５及び中心部が空けられた磁性体６の中心部には貫通孔が設けられており、その部分には図１のＣに図示したメス型コネクター７２とオス型コネクター７２がそれぞれ対向して固定部材を介して固定される。このコネクターは電力供給用若しくは信号線接続用として用いることができる。両部材がコネクター７を中心にして所望に位置関係で結合されるが、その際同時に両部材間の電気的接続が達成されることになる。ただし、磁気結合される両部材は３６０度可変の位置関係をとることができるように差し込み角度に依存しないコネクターであることが必要である。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体の特徴点を纏めると、次のとおりである。
(１)折れ曲げ関節機構はオフセット回転機構部と回転修正機構部の組み合わせ構成であり、両機構部をマグネットによる磁気吸着力で保持する。
(２)負荷を支える能力はケーシングの嵌め込み精度とマグネットと吸着磁性体の各固着力およびマグネットと吸着磁性体の磁気吸着力で決まる。
(３)関節機構と動作は、前記軸受とマグネット磁気吸着力の作用によるため、関節の連接が容易である。
(４)回転の位置決めは目視にてアナログ的に設定するために、従来のオフセットロボットのような高価な位置決めセンサ(エンコーダ)は必要ない。
(５)提供出来る複枝関節機構は、多枝構成(１枝モデルから５枝モデル)で多自由度の機能設定に対応出来るために、独創的で複雑な造形物（モニュメント）を表現、提供出来る。
(６)ミニサイズのものから大きなサイズのものまで作成することができる。
(７)前記の理由から、安価な製品を提供出来る。
(８)多様なニーズに応え、規格化(品揃え)が容易である。
(９)電力線または信号線はアーム内部に収納することが容易で、電力供給用コネクター(オス型プラグとメス型プラグ)を設けることで容易にアーム間を繋ぐ事ができる。
(１０)アームの折れ曲げ運動範囲は、オフセット角度(最大９０度/１関節)で決まり、バラエティに富んだ角度が設定出来る関節機構部を提供出来る。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体を用いた実施例について説明する。図８及び図９に示したものはマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてツリー形態とし、ツリーにＬＥＤ電飾及び／又は下げカゴを配置したオフセット多関節構造体の例である。ＬＥＤ電飾だけを配備して装飾用とする実施例、下げカゴのみを配備して小物商品を展示するショーウィンドウ用、或いは図示したようにＬＥＤ電飾及び下げカゴを混合させてショーウィンドウ用とする例である。イルミネーションツリーとしては本発明に係るマグネット着脱分岐回転関節機構ユニット(片面多極型、外周多極型)を適宜組み合わせると共に、本発明の各磁気結合機構部の相対角度位置を適宜に設定して結合することにより所望のツリーを形成することができる。ツリーは基台２０を基礎部とし、ＬＥＤ１０は適宜の関節部や枝先端部にＬＥＤコネクター１１を介して取り付けられる。このＬＥＤ用の電源部は基台２０内に配置し、各ユニットをコネクター７によって接続されるリード線が各ＬＥＤ１０に給電し発光させる。単色では単純であるから、発光色を複数としたり、１つの先端部に多色の発光群を取り付けたり、ガラスのような光が透過する材料からなる小鳥や花びらといった造形物を発光部材に取り付ける形態を採ると良い。薄暗い室内で多点の光が多様に動く様は幻想的雰囲気を出し、鑑賞者の心を和ませることができる。また、この変形例として、発光は単純発光に限らず音楽と同期させた室内用の装飾器具を提供することができる。単に薄暗い室内で多点の光が多様に動くだけでなく、音楽のリズム及び／又は強弱と連動させて、発光部材の発光強度であるとか発光部材の移動であるとか、その両方を変化させるようにし、鑑賞者の楽しみを深めることができる。この例では発光部材としてＬＥＤを示したが、これに限らず豆電球を採用することも可能である。

ツリーに下げカゴ１３を配置するには鈎１２を固定した部材が適宜の関節部や枝先端部に取り付けられ、その鈎１２に下げカゴ１３をかけるようにする。下げカゴ１３には適宜の小物が入れられ、展示に供される。適宜の三次元位置に小物を配置して効果的な展示を行うことができるものである。図示した例では下げカゴ１３を用いたが、応用例として展示用テーブルに代えても良い。ショーウィンドウ等に設置の場合お客さんの目線を考慮すると、前方テーブルが低く後方テーブルが高い位置をとることが合理的であるから、前後のアームには段数差を付けると良い。そしてエンドエフェクタに回転駆動式のテーブルを取り付ける。テーブル取り付け部は姿勢調整機構を備えていることが望ましい。
単に下げカゴ１３やテーブルに小物商品を載置するだけでは寂しい場合に、図示したようなＬＥＤ１０との混合配置する形態はお客さんの目を楽しませた展示となり効果的である。

図１０に示したものは本発明に係るマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてロッド型とし、ロッド先端部に照明器具を配置したオフセット多関節構造体の実施例である。照明器具はこの例ではＬＥＤを採用しているが他の照明器具であっても良い。図のＡに示すように分岐ユニットを用いず、１本に柱状に多関節を連接し、ＢやＣに示すように本発明の各磁気結合機構部の相対角度位置を適宜に設定して結合することにより所望の曲げ角と方向を選択することができる。結果として、先端部に設置した照明器具によって所望の位置・角度から照明を当てることができる。
この照明器具は図１１に示したように基台２０に植設した柱状に多関節連接した２本のオフセット多関節構造体の先端に照明器具を設置する形態を採ることも可能である。また、図１２に示したように分岐型ユニットを用いて複数に分岐させてその先端部に照明器具を取り付ける形態を採ることも可能である。照明器具も複数のＬＥＤを配置した高輝度のものを用いることもでき、設計は適宜自由にできる。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体をマネキン人形に適用した実施例を図１３を参照しながら説明する。マネキンの下半身２３、上半身２４、頭部２５、上腕２６、下腕２７、手首２８をアームに対応させ、本発明のユニットＡすなわち、マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが１つの歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた２自由度を備えた単枝型の分岐回転関節機構ユニットでそれぞれの部材を連接する。下半身を基部として上半身２４が、該上半身２４に対して頭部２５、左右の上腕２６が、該左右の上腕２６に対しては下腕２７が、更に下腕２７に対しては手首２８がそれぞれにオフセット角の２倍までの曲げ角と３６０度の方向に独立したポジションをとることができる。従来の固定姿勢のマネキンに着せた場合と異なり、各肢体の曲げ角や向きを手動で変化させたり、一時的に外したりできるので、着せるものに応じて自由に対応をとることができる。また、時々に体位を変更することにより、多様な姿勢での展示を可能とし、毛皮等重いコートにも対応できる。基台２０に回転機構を設ければ、３６０度の視点からの観察を提供できる。
勿論、マネキン人形はこの形に限らず、バリエーションとしては足首、下脚、上脚を別部材とし、片方の足首を基台に据え、足首、下脚、上脚を本発明のユニットＡオフセット多関節構造で繋ぐ形態も提供できる。
なお、従来からマネキン人形の関節部分を角度可変とし、ポーズが変化するマネキン人形を構成することができるようにしたものは特許文献３に提示されている。これは一方の関節部材と他方の関節部材を枢軸で折れ曲り自在となるよう連結し、一方の関節部材に固定したモータの回転軸に回転部材を介して回転軸と平行する偏心軸を突設し、他方の関節部材に上記偏心軸が嵌合する一対の直線縁が枢軸と平行するように設けられ、モータの起動による偏心軸の回動で一方の関節部材に対して他方の関節部材は枢軸を中心に角度が変化するという構成を採用したものである。機構が複雑であるため、駆動が厄介でありコスト的にも高いものとなってしまう。それに比較して本発明のものであれば簡単に手や脚を着脱させることができるので、着せ替えが容易であり、所望の姿勢に整える作業も手動で容易に行うことができる。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体は、上記の例に限定されず、(１)各種の造形物（モニュメント），(２)インテリア，(３)玩具，(４)生け花用，(５)舞台装置やその他のオブジェとして広い分野で用いることができる。

本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体に用いる単枝型の分岐回転関節機構ユニットＡタイプを示す図である。 本発明に係るオフセット多関節構造体に用いる双枝型の分岐回転関節機構ユニットＢタイプを示す図である。 本発明に係るオフセット多関節構造体に用いる修正双枝型の分岐回転関節機構ユニットＣタイプと変形Ｃタイプを示す図である。 本発明に係るオフセット多関節構造体に用いる修正片枝型の分岐回転関節機構ユニットＤタイプを示す図である。 本発明に係るオフセット多関節構造体に用いる片枝連接型の分岐回転関節機構ユニットＥタイプを示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体に採用される磁気結合機構の１形態を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体に採用される磁気結合機構の他の形態を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体をツリー形態とし、装飾用、展示用として用いた実施例を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体を異なるツリー形態とし、装飾用、展示用として用いた実施例を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットをロッド形態とし、ロッド先端部に照明器具を配置したオフセット多関節構造体の実施例を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを複数のロッド形態とし、ロッド先端部に照明器具を配置した実施例を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを分岐ユニットを用いて複数のロッド形態とし、先端部に照明器具を配置した実施例を示す図である。 本発明に係るマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体をマネキン人形に適用した実施例を示す図である。 オフセット多関節ロボットの基本機構を説明する図である。 先に開発された多関節ロボットとその制御方法を説明する図である。

符号の説明

１ 前段アーム ２ 台座基部
３ 台座本体 ４ 次段アーム
５ 平板リング状のマグネット ５ａ 分割磁石
５ｂ 円筒型磁性ホルダー ６ 平板リング状の磁性体
６ａ 磁路遮断用スリット ７ コネクター
７１ メス型コネクター ７１ オス型コネクター
９ キャップ １０ ＬＥＤ素子
１１ ＬＥＤコネクター １２ 鈎
１３ 下げカゴ ２０ 基台
２３ マネキンの下半身 ２４ マネキンの上半身
２５ マネキンの頭部 ２６ マネキンの上腕
２７ マネキンの下腕 ２８ マネキンの手首

Claims (13)

1. オフセット関節のアーム端面及び回転面がマグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結されるマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを多段に連接させたことを特徴とするマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
2. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが１つの歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた２自由度を備えた単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
3. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが左右の歳差運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
4. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた５自由度を備えた双枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
5. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが左右いずれか１つの歳差運動機構と該歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた３自由度を備えた修正単枝型の分岐回転関節機構ユニットタイプである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
6. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットが支持軸方向に連接された左右の歳差運動機構と該左右の歳差運動機構の回転修正運動機構と支持軸回転運動機構を備えた６自由度を備えた片枝連接型の分岐回転関節機構ユニットタイプである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
7. マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構は、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、平板厚み方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
8. マグネットにより所望の回転角度で着脱自在に連結される機構は、平板リング状の磁性体を放射状に分割し、放射方向に帯磁したものを交互に極性を逆転させてリング状に配置させたものである請求項１に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
9. マグネットにより着脱される他方側アーム端には、分割された磁石間隔と同じ間隔の磁路遮断用スリットが切られると共に中心部に孔を空けられた磁性体が取り付けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
10. マグネットにより着脱されるリング状に配置されたマグネット及び／又は中心部が空けられた磁性体の中心部には、電力供給用のコネクターが対向して配置されている請求項７乃至９のいずれかに記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
11. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてツリー型とし、ツリーにＬＥＤ電飾及び／又は下げカゴを配置した請求項１乃至１０のいずれかに記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
12. マグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてロッド型とし、ロッド先端部に照明器具を配置した請求項１乃至１０のいずれかに記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。
13. 下半身、上半身、頭部、上腕、下腕、手首等の肢体をアームに対応させたマグネット着脱分岐回転関節機構ユニットを組み合わせてマネキン人形としたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のマグネット着脱分岐アーム機構を有するオフセット多関節構造体。

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