JP6606247B1 - ロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームを提供する。【解決手段】ロボットアームは第一駆動源、第二駆動源、第一伝動連接棒、第二伝動連接棒、第三伝動連接棒、第一受動連接棒、第二受動連接棒、第三受動連接棒および第四受動連接棒を備える。第一駆動源および第二駆動源は台座に配置される。第一駆動源は第一伝動連接棒に連結され、第一軸方向を中心に第一伝動連接棒を回転させる。第二駆動源は第二伝動連接棒に連結され、第一軸方向に平行な第二軸方向を中心に第二伝動連接棒を回転させる。第一伝動連接棒は第三伝動連接棒に回転可能に連結される。第二伝動連接棒は第一受動連接棒に回転可能に連結される。第二受動連接棒は第一受動連接棒と台座との間に回転可能に連結される。第三受動連接棒は第一受動連接棒および第二受動連接棒に回転可能に連結される。第四受動連接棒は第三受動連接棒と第三伝動連接棒との間に回転可能に連結される。上述した構造特徴により、本発明によるロボットアームは多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットアームに関し、詳しくは多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるロボットアームに関するものである。

ロボットアームはすでに外科の様々な手術に汎用されている。ロボットアームのサポートによって手術に関わる医療行為（病変部位置の判断またはメスの届く深さのコントロールなど）を正確に把握できるだけでなく、人為的な操作ミスが原因で医療事故を引き起こすリスクを大幅に減少させることができる。しかしながら、ロボットアームの体積は厖大であるため、ロボットアームを操作するには比較的大きい空間が必要である。

本発明は、多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるロボットアームを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するため、ロボットアームは台座、駆動モジュール、伝動連接棒機構および受動連接棒機構を備える。駆動モジュールは第一駆動源および第二駆動源を有する。第一駆動源および第二駆動源は台座に配置される。伝動連接機構は第一伝動連接棒、第二伝動連接棒および第三伝動連接棒を有する。第一伝動連接棒は末端部が第一駆動源に連結されるため、第一駆動源の駆動力によって第一軸方向を中心に回転することができる。第二伝動連接棒は前端部が第二駆動源に連結されるため、第二駆動源の駆動力によって第一軸方向に平行な第二軸方向を中心に回転することができる。第三伝動連接棒は後端部が第一伝動連接棒の先端部に連結される。受動連接棒機構は第一受動連接棒、第二受動連接棒、第三受動連接棒および第四受動連接棒を有する。第一受動連接棒は末端部が第二伝動連接棒の後端部に連結され、先端部が第二受動連接棒の後端部に連結される。第二受動連接棒は前端部が台座に連結されるため、第一受動連接棒は第二伝動連接棒の駆動力によって第一軸方向を中心に第二受動連接棒を回転させることができる。第三受動連接棒は末端部が第一受動連接棒の先端部および第二受動連接棒の後端部に連結され、先端部が第四受動連接棒の後端部に連結される。第四受動連接棒は前端部が第三伝動連接棒の後端部に連結されるため、第三受動連接棒は第一受動連接棒および第二受動連接棒に伴って作動できるだけでなく、第四受動連接棒に伴って作動できる。

上述した構造特徴により、本発明によるロボットアームは体積が厖大で重さが大きいという従来技術の問題を改善できるだけでなく、多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるため、工業および医療に関連する領域に適用できる。

比較的好ましい場合、第一駆動源および第二駆動源は台座の同じ側に配置されるため、体積の大きい部品をまとめて体積を軽量化および小型化することができる。

比較的好ましい場合、第二受動連接棒は第四受動連接棒に平行である。第二伝動連接棒は長さが第二受動連接棒の長さより大きい。第二受動連接棒と第四受動連接棒は長さが等しい。第二伝動連接棒、第二受動連接棒および第四受動連接棒の連結関係によって第三伝動連接棒の運動範囲は第二伝動連接棒に対して拡大され、需要の作動範囲に達することができる。

本発明によるロボットアームの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法を、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。

本発明の第１実施形態によるロボットアームを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームのハウジングが取り外された状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームのハウジングが取り外された状態を示す別の斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームの一部分を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームを示す平面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームの第三伝動連接棒の前後位置が調整された後の状態を示す平面図である。 本発明の第１実施形態によるロボットアームの第三伝動連接棒の角度が調整された後の状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態によるロボットアームの一部分を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態によるロボットアームを示す平面図である。

以下、本発明によるロボットアームの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中の同じ符号は同じ部品または類似した部品の構造特徴を示す。明細書において、先端、末端、前、後などの方向性の用語は図面に示した方向に基づいて表現される。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態によるロボットアーム１０のハウジング１２が取り外される前の状態である。図２および図３に示すように、ハウジング１２が取り外されたロボットアーム１０は台座２０、駆動モジュール３０、伝動連接棒機構４０および受動連接棒機構５０を備える。

駆動モジュール３０は、第一駆動源３１および第二駆動源３２を有する。本実施形態において、第一駆動源３１および第二駆動源３２はモーターである。図３に示すように、第一駆動源３１および第二駆動源３２は台座２０の同じ側に上下に並ぶように配置される。

伝動連接機構４０は、第一伝動連接棒４１、第二伝動連接棒４２および第三伝動連接棒４３を有する。第一伝動連接棒４１は接続部材（図中未表示）によって末端部が第一駆動源３１の駆動軸（図中未表示）に連結されるため、第一駆動源３１の駆動力によって第一軸方向Ａ１を中心に回転することができる。第二伝動連接棒４２は接続部材（図中未表示）によって前端部が第二駆動源３２の駆動軸（図中未表示）に連結されるため、第二駆動源３２の駆動力によって第一軸方向Ａ１に平行な第二軸方向Ａ２を中心に回転することができる。第三伝動連接棒４３はシャフト６０によって後端部が第一伝動連接棒４１の先端部に接続される。
図１に示すように、多軸運動モジュール１４は第三伝動連接棒４３に装着される。詳しく言えば、図４に示すように、第一伝動連接棒４１は先端部に円形の接続孔４４を有する。第三伝動連接棒４３は後端部に非円形の第一嵌合孔４５を有する。シャフト６０は第一非円形部位６１、第二非円形部位６２および円形部位６３を有する。シャフト６０の第二非円形部位６２は第一非円形部位６１に繋がり、第三伝動連接棒４３の第一嵌合孔４５に嵌まり込む。シャフト６０の円形部位６３は第二非円形部位６２に繋がり、第一伝動連接棒４１の接続孔４４に回転可能に装着される。
上述した構造により、第一伝動連接棒４１と第三伝動連接棒４３は相対的に回転できる。本実施形態において、シャフト６０の第一非円形部位６１は二つの相対する第一平面６１２を有する。シャフト６０の第二非円形部位６２は二つの相対する第二平面６２２を有する。第一平面６１２と第二平面６２２は相互に平行である。

図２および図５に示すように、受動連接棒機構５０は、第一受動連接棒５１、第二受動連接棒５２、第三受動連接棒５３および第四受動連接棒５４を有する。第一受動連接棒５１は末端部が第二伝動連接棒４２の後端部に連結され、先端部が第二受動連接棒５２の後端部に連結される。第二受動連接棒５２は前端部が台座２０上の駆動モジュール３０と反対の一側面に連結されるため、第一受動連接棒５１は第二伝動連接棒４２の駆動力によって第一軸方向Ａ１を中心に第二受動連接棒５２を回転させることができる。
第三受動連接棒５３の末端部は第一受動連接棒５１の先端部および第二受動連接棒５２の後端部に連結される。つまり、第三受動連接棒５３、第一受動連接棒５１よび第二受動連接棒５２は同軸上に連結される。第三受動連接棒５３の先端部は第四受動連接棒５４の後端部に連結される。第四受動連接棒５４の前端部はシャフト６０によって第三伝動連接棒４３の後端部に連結される。詳しく言えば、図４に示すように、第四受動連接棒５４は前端部に非円形の第二嵌合孔５５を有する。シャフト６０の第一非円形部位６１は第四受動連接棒５４の第二嵌合孔５５に嵌まり込むため、第四受動連接棒５４と第三伝動連接棒４３は同調作動できる。第四受動連接棒５４と第一伝動連接棒４１は相対的に回転できる。

図５および図６に示すように、第一伝動連接棒４１が第一駆動源３１の駆動力によって第一軸方向Ａ１を中心に回転する際、第一伝動連接棒４１はシャフト６０によって第三伝動連接棒４３および第四受動連接棒５４を同調作動させる。続いて第四受動連接棒５４は第三受動連接棒５３の先端部に作用し、第三受動連接棒５３の末端部を軸心にして第三受動連接棒５３を回転させる。上述した連結方式により、第三伝動連接棒４３と第三伝動連接棒４３に装着された多軸運動モジュール１４の前後位置を調整することができる。

図７に示すように、第二伝動連接棒４２が第一駆動源３２の駆動力によって第一軸方向Ａ２を中心に回転する際、第二伝動連接棒４２は第一受動連接棒５１を駆動する。続いて第一受動連接棒５１は第二受動連接棒５２を駆動し、第一軸方向Ａ１を中心に第二受動連接棒５２を回転させる。続いて第一受動連接棒５１と第二受動連接棒５２は第一伝動連接棒４１に対して第三受動連接棒５３を上昇または降下させる。
第三受動連接棒５３は上昇したり降下したりすると同時に、シャフト６０の円形部位６３を軸心にして第四受動連接棒５４を回転させる。回転中の第四受動連接棒５４はシャフト６０の第二非円形部位６２によって第三伝動連接棒４３を作動させ、第三伝動連接棒４３の偏倚角度を変える。上述した連結方式により、第三伝動連接棒４３と第三伝動連接棒４３に装着された多軸運動モジュール１４の角度を調整することができる。

図５に示すように、ロボットアーム１０を始動する際、第二受動連接棒５２は第四受動連接棒５４に平行である。第二伝動連接棒４２は長さが第二受動連接棒５２の長さより大きい。第二受動連接棒５２と第四受動連接棒５４は長さが等しい。第二伝動連接棒４２、第二受動連接棒５２および第四受動連接棒５４の連結関係によって第三伝動連接棒４３の運動範囲は第二伝動連接棒４２に対して拡大され、需要の作動範囲に達することができる。

（第２実施形態）
図８および図９に示すように、本発明の第２実施形態において、シャフト７０の第一非円形部位７１の第一平面７１２とシャフト７０の第二非円形部位７２の第二平面７２２は相互に平行せず、夾角をなす。シャフト７０によって第一伝動連接棒４１、第三伝動連接棒４３、第三受動連接棒５３および第四受動連接棒５４を組み合わせれば、夾角によって第三伝動連接棒４３の作動範囲を変更し、異なる臨床の要求を満足することができる。

上述をまとめてみると、本発明によるロボットアーム１０は多自由度の運動によって実際の状況に応じて第三伝動連接棒４３の前後位置および偏倚角度を正確に調整するため、工業および医療に関連する領域に適用できる。
また、本発明によるロボットアーム１０は体積の大きい部品（例えば第一駆動源３１および第二駆動源３２）が同じ側にまとめられるため、体積の軽量化および小型化を実現させることができる。

１０ ロボットアーム
１２ ハウジング
１４ 多軸運動モジュール
２０ 台座
３０ 駆動モジュール
３１ 第一駆動源
３２ 第二駆動源
４０ 伝動連接棒機構
４１ 第一伝動連接棒
４２ 第二伝動連接棒
４３ 第三伝動連接棒
４４ 接続孔
４５ 第一嵌合孔
５０ 受動連接棒機構
５１ 第一受動連接棒
５２ 第二受動連接棒
５３ 第三受動連接棒
５４ 第四受動連接棒
５５ 第二嵌合孔
６０ シャフト
６１ 第一非円形部位
６１２ 第一平面
６２ 第二非円形部位
６２２ 第二平面
６３ 円形部位
７０ シャフト
７１ 第一非円形部位
７１２ 第一平面
７２ 第二非円形部位
７２２ 第二平面
Ａ１ 第一軸方向
Ａ２ 第二軸方向

Claims (4)

1. 台座、駆動モジュール、伝動連接棒機構、および受動連接棒機構を備え、
   前記駆動モジュールは、第一駆動源および第二駆動源を有し、前記第一駆動源および前記第二駆動源は前記台座に配置され、
   前記伝動連接機構は、第一伝動連接棒、第二伝動連接棒および第三伝動連接棒を有し、
   前記第一伝動連接棒は末端部が前記第一駆動源に連結され、前記第一駆動源の駆動力によって第一軸方向を中心に回転することができ、
   前記第二伝動連接棒は前端部が前記第二駆動源に連結され、前記第二駆動源の駆動力によって前記第一軸方向に平行な第二軸方向を中心に回転することができ、
   前記第三伝動連接棒は後端部が前記第一伝動連接棒の先端部に連結され、
   前記受動連接棒機構は、第一受動連接棒、第二受動連接棒、第三受動連接棒および第四受動連接棒を有し、
   前記第一受動連接棒は末端部が前記第二伝動連接棒の後端部に連結され、先端部が前記第二受動連接棒の後端部に連結され、
   前記第二受動連接棒は前端部が前記台座に連結され、前記第一受動連接棒は前記第二伝動連接棒の駆動力によって前記第一軸方向を中心に前記第二受動連接棒を回転させることができ、
   前記第三受動連接棒は末端部が前記第一受動連接棒の先端部および前記第二受動連接棒の後端部に連結され、先端部が前記第四受動連接棒の後端部に連結され、
   前記第四受動連接棒は前端部が前記第三伝動連接棒の後端部に連結され、
   前記第一伝動連接棒の先端部、前記第三伝動連接棒の後端部および前記第四受動連接棒の前端部はシャフトによって連結され、
   前記シャフトは第一非円形部位、第二非円形部位および円形部位を有し、
   前記第一非円形部位は前記第四受動連接棒の前端部に嵌合され、
   前記第二非円形部位は前記第一非円形部位に繋がり、前記第三伝動連接棒の後端部に嵌合され、
   前記円形部位は前記第二非円形部位に繋がり、前記第一伝動連接棒の先端部に嵌合されることを特徴とする、
   ロボットアーム。
2. 前記第二受動連接棒は前記第四受動連接棒に平行であり、前記第二受動連接棒と前記第四受動連接棒は長さが等しく、前記第二伝動連接棒は長さが前記第二受動連接棒の長さより大きいことを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記シャフトにおいて、前記第一非円形部位は第一平面を有し、前記第二非円形部位は第二平面を有し、前記第一平面と前記第二平面は相互に平行であることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
4. 前記シャフトにおいて、前記第一非円形部位は第一平面を有し、前記第二非円形部位は第二平面を有し、前記第一平面と前記第二平面は平行でないことを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。

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