JP2577410B2 - マニピュレータ関節機構 - Google Patents

マニピュレータ関節機構

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JP2577410B2
JP2577410B2 JP62304573A JP30457387A JP2577410B2 JP 2577410 B2 JP2577410 B2 JP 2577410B2 JP 62304573 A JP62304573 A JP 62304573A JP 30457387 A JP30457387 A JP 30457387A JP 2577410 B2 JP2577410 B2 JP 2577410B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は互いに直交する2軸に関して、曲げ動作を実
現するマニピュレータの関節機構に関する。
(従来の技術) マスタースレーブ形マニピュレータや産業用ロボット
等のように対象物を空間的に移動させたり、設定された
順序と条件および位置姿勢に従って動作の各段階を進め
ていく装置では関節機構を備え、かつ各関節を任意の姿
勢に動作させることによって目的の作業を行うようにし
ている。この関節機構の動作手段として、従来はヨー,
ピッチ,ロール等の自由度を組み合わせたものが採用さ
れている。
このような手段を採用したマスタースレーブ形マニピ
ュレータを操作する場合に、マスターアームを操作する
オペレータの手首関節の自由度はヨー,ピッチであり、
ハンドのロールは肘で行っている。したがって、マニピ
ュレータの手首関節の自由度もこれに近い方が操作性が
望ましい。そのため、従来のマニピュレータの手首関節
機構には第8図、第9図のようなオフセット構造が採用
され、近似的にヨー,ピッチの動作を実現していた。す
なわち、この構造では中空の第1駆動軸101の駆動によ
ってかさ歯車103,105を介して第1ブラケット107が第1
回転軸109を中心に第9図矢印100A方向へ回転し、ハン
ド111がピッチング動作を行なう。また、第2駆動軸113
の駆動によってかさ歯車115,117,119を介して中間軸121
が回転し、さらにかさ歯車123,125を介して第2ブラケ
ット127が第2回転軸129を中心に第8図矢印100B方向へ
回転してハンド111がヨーイング動作を行なう。
一方、マニピュレータは、重量が軽くかつ動作範囲の
広いことが好ましい。
しかしながら、従来のオフセット構造の関節機構を備
えたマニピュレータで動作範囲を広くすることは、一般
にオフセット量を大きくすることになり、関節機構の拡
大につながる。
このため、関節機構の重量が増加し、それに従いマニ
ピュレータも大型化し、狭い場所での作業性が低下する
問題があった。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来のヨー,ピッチを近似的に実現するオ
フセット構造の関節機構の場合は、動作範囲を拡大しよ
うとすると関節機構の拡大につながる問題があった。
そこで、本発明は、オフセット構造を利用せずにヨ
ー,ピッチの2自由度の動作を実現し、かつ動作範囲を
広く確保しながらも小型軽量のマニピュレータ関節機構
を提供することを目的としている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本願発明では、第一かさ歯車を備えた第一回転筒と、
第二かさ歯車を備えた第二回転筒と、この第二回転筒と
前記第一回転筒とを回転自在に支持する第一回転軸と、
この第一回転軸を両腕間に支持する第一ブラケットと、
前記第一回転軸の軸方向の略中央部と軸上で直交するよ
うに交差して前記第一回転軸に回転自在に支持される第
二回転軸と、この第二回転軸によって支持され、前記第
一かさ歯車と前記第二かさ歯車に歯合させた第三かさ歯
車を備えた第二ブラケットと、前記第一回転筒と前記第
二回転筒をそれぞれ独立に回転させる駆動部とから構成
されていることを特徴とする。
(作用) 上記構成によれば、駆動手段によって第一,第二回転
筒を相対回転させると前記第二ブラケットを前記第二回
転軸を中心に回転駆動させることができる。前記第一、
第二回転筒を一体回転させることによって、前記第二ブ
ラケットを前記第一回転軸を中心に回転駆動させること
ができる。従ってオフセット構造を取らなくてもヨー,
ピッチの2自由度の動作が実現される。
(実施例) 以下、図面に示した一実施例を詳述する。
第1図は本発明の実施例に係るマニピュレータ関節機
構1の斜視図を示したもので、第2図はその断面図を示
し、第3図は第2図のA−A線断面を示したものであ
る。
このマニピュレータ関節機構1では、横断面コ字形状
の第一ブラケット3の両腕5,7間に、第2図に示した如
く、第一回転軸9が軸受11,13によって回転自在に支持
されている。また、この第一回転軸9の両端部には、第
一かさ歯車15を備えた第一回転筒17と、第二かさ歯車19
を備えた第二回転筒21とが軸受23,25および軸受27,29に
よってそれぞれ回転自在に支持されている。
一方、この第一回転軸9の軸方向略中央部には、ケー
シング37が一体に形成され、第一回転軸9に直交する第
二回転軸31が第3図のように軸受33,35を介してケーシ
ング37に回転自在に支持されている。この第二回転軸31
には、第三かさ歯車39を一体に備えた第二ブラケット41
が支持されている。そして、この第二ブラケット41及び
第三かさ歯車39は、図示しないキー等の固定手段によっ
て第二回転軸31に固定されている。このようにして第二
回転軸31及び第二ブラケット41に固定された第三かさ歯
車39は、前記第一かさ歯車15と前記第二かさ歯車19とに
歯合されている。
また、このマニピュレータ関節機構1では、前記第一
回転筒17および前記第二回転筒21を独立に回転駆動させ
る駆動部として第一駆動軸43,第二駆動軸45が第2図に
示したようにそれぞれ軸受47,49および軸受51,53によっ
て第一ブラケット3に回転自在に支持されている。この
第一,第二駆動軸43,45の先端部には、第1図および第
2図に示したように駆動用かさ歯車55,57が備えられ、
図示しない基部側は減速機を介してモータに連動構成さ
れている。これらのかさ歯車55,57は、前記第一回転筒1
7,第二回転筒21に一体的に固定された動力伝達用かさ歯
車59,61に歯合されている。
このマニピュレータ関節機構1では第一ブラケット3
の腕5,7の先端形状が第一回転軸9と同心の円弧で形成
され、かつこの円弧の直径Pは第二ブラケット3の両腕
65,67の間隔lよりも小さく設定されている。また第一
ブラケット3の腕5,7を支える基板63から第一回転軸9
の軸芯までの距離Sは、第二ブラケット41の全体幅Tの
1/2より長く設定されている。第二回転軸31の軸芯から
第二ブラケット41の先端部69までの距離Uは第二回転軸
31の軸芯から第一ブラケット3の腕7先端コーナまでの
距離V(第2図)より長く設定されている。
上記のように形成されたマニピュレータ関節機構1で
は、第一駆動軸43を矢印B方向に回転駆動させると、そ
の動力は駆動用かさ歯車55,動力伝達用かさ歯車59,第一
回転筒17,第一かさ歯車15,第三かさ歯車39を介して第二
ブラケット41に伝達され、この第二ブラケット41は矢印
C方向の回転駆動力を受ける。第一駆動軸43を矢印D方
向に回動させると、同様にして動力が伝達され、第二ブ
ラケット41は矢印E方向の回転駆動力を受ける。
また、第二駆動軸45を矢印F方向に回転駆動させる
と、その動力は、駆動用かさ歯車57,動力伝達用かさ歯
車61,第二回転筒21,第二かさ歯車19、第三かさ歯車39を
介して第二ブラケット41に伝達され、この第二ブラケッ
ト41は矢印C方向の回転駆動力を受ける。また、この第
二駆動軸45を矢印G方向に回動させると、前記と同様に
動力が伝達され、第二ブラケット41は矢印E方向の回転
駆動力を受ける。
以下に、この発明の実施例における作用を説明する。
今、第二ブラケット41が基本姿勢として第1図の状態
にあるとする。
この状態から、第一,第二駆動軸43,45をそれぞれB,G
方向に、すなわち二軸を反対方向に同速で回転させる
と、第三かさ歯車39には互いに回転を打ち消し合う方向
に力が作用し、第三かさ歯車39が第一ブラケット3の基
板63側に付勢される。すると、第二回転軸31が第一回転
軸9を中心に回動し、これにより、第二ブラケット41が
第4図に示した状態に移動する。
また、第4図に示した状態から第一駆動軸43をD方
向,第二駆動軸45をG方向すなわち二軸を同方向に同速
で回転させると、第三かさ歯車39には、第一駆動軸43か
らの駆動力および第二駆動軸45からの駆動力が伝達さ
れ、第二ブラケット41はE方向に回動して、第5図に示
した状態に移動する。その際、第二ブラケット41は一方
の腕65が第一ブラケット3の一方の腕7に当接すること
によってそれ以上の回動が規制される。
また、第二ブラケット41を第1図に示した基本状態か
ら、第一駆動軸43をD方向、第二駆動軸45をG方向に同
速度で回転駆動させると、第二ブラケット41はE方向に
回動して、第6図に示した状態に移動する。
さらに、この第6図に示した状態から第一駆動軸43を
B方向、第二駆動軸45をG方向に同速でそれぞれ回転駆
動させると、第三かさ歯車39は第一ブラケット3側に付
勢され、第一回転軸9を中心に第二ブラケット41が第7
図に示した状態に移動する。その際、第二ブラケット41
は、一方の腕65が第一ブラケット3の一方の腕7に当接
することにより、それ以上の回動が規制される。
このように、このマニピュレータ関節機構1では、第
一,第二駆動軸43,45を、それぞれ同方向あるいは逆方
向に回転させることにより、第二ブラケット41の2自由
度の動作が実現される。したがって、この第二ブラケッ
ト41の先端部にハンドを取り付けることによって、ハン
ドのヨー,ピッチの動作が可能となる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るマニピュレータ関
節機構では、オフセット構造を採用せずにヨー,ピッチ
動作が実現でき、また、ブラケットの形状を小型にする
こと等により、広い動作範囲が容易に得られ、かつ小型
軽量にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るマニピュレータ関節機構の基本状
態を示す斜視図、第2図はその断面図、第3図は第2図
のA−A線断面図、第4図〜第7図はそれぞれこのマニ
ュピュレータ関節機構の動作態様を示した斜視図、第8
図は従来のマニピュレータ関節機構を示す一部切欠側面
図、第9図は同横断面図である。 1……マニピュレータ 3……第一ブラケット 9……第一回転軸、15……第一かさ歯車 17……第一回転筒、19……第二かさ歯車 21……第二回転筒、31……第二回転軸 39……第三かさ歯車、41……第二ブラケット 43……第一駆動軸(駆動部) 45……第二駆動軸(駆動部)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一かさ歯車を備えた第一回転筒と、 第二かさ歯車を備えた第二回転筒と、 この第二回転筒と前記第一回転筒とを回転自在に支持す
    る第一回転軸と、 この第一回転軸を両腕間に支持する第一ブラケットと、 前記第一回転軸の軸方向の略中央部と軸上で直交するよ
    うに交差して前記第一回転軸に回転自在に支持される第
    二回転軸と、 この第二回転軸の両端で固定され、前記第一かさ歯車と
    前記第二かさ歯車に歯合させた第三かさ歯車を備えた第
    二ブラケットと 前記第一回転筒と前記第二回転筒とをそれぞれ独立に回
    転させる駆動部と から構成されていることを特徴とするマニピュレータ関
    節機構。
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