JPS5837117B2 - マニピユレ−タ等における関節 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ロボットやマニピュレータ等における関節
に関するものである。

人間の腕に相当する機能を持たせるべく開発された工業
用ロボットやマニピュレータ等においては、人間の肩部
や肘部あるいは手首部等の各関節部に相当する複数の関
節部を互に連動連結して構成されている。

そして、これら各関節部は、適宜な作動装置により回動
作動や折曲げ（旋回）作動されるようになっており、関
節部の先端部に装着した、人間の指に相当する指部を開
閉作動させることにより、***作体を遠隔的に操作する
ことができるようになっている。

各関節部の作動は、肩部に取り付けられたモータ等の駆
動装置からベルトや歯車等の伝達機構を介して、各関節
部に伝達されて回動作動や折曲げ作動されるのが一般的
な構成である。

しかしながら上記従来の構成においては、伝達過程にお
けるスリップや遊び等のために、各関節部に伝達される
伝達動力の効率が低下し、関節部に所望の動力が伝達さ
れず、各関節部が正確に作動できなかった。

その上、構造が複雑になるとともに、伝達機構における
相互の係合上の組立操作が煩しく、組立作業のみならず
点検、保守作業における作業性が悪かった。

そこで、各関節部を駆動する駆動装置を各関節部内に配
設して、これら独自の駆動装置を内蔵する複数の関節部
を互に連接して上記欠点を改善した構或が案出されてい
るが、この構成の場合には、駆動装置その他の付属装置
の配線が外部に露出し、そのために種々の問題が生じて
いた。

すなわち、例えば、外部に露出した配線は、一般に配線
ダクト等によりマニピュレー夕等の機体の外側部に固定
するりであるが、このダクトのために機体の外径寸法が
大きくなってコンパクト化が妨げられたり、あるいは、
ダクトが作業中に***作体やその周辺機器と接触もしく
は当接して無用のトラブルを引き起こしたりしていた。

さらに、ダクト等の存在のために、各関節部の回動、折
曲げ作動の作動範囲が制限され、各関節部の関節機能が
有効に活用されていなかった。

この発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであっ
て、各関節部の外部にはベルトや歯車等の伝達機構はも
ちろん、配線やダクト等一切のものを露出させない構成
にすることにより、従来技術の欠点を解決したものであ
る。

以下、図面を用いてこの発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図において総括的に１で示すのは、その先端部に設
けた指部２を開閉操作することにより、***作体３を遠
隔的に操作するためのマニピュレータで、複数のアーム
４，５，６を関節部７，８，９を介して互に連接して構
成されている。

マニピュレータ１には、取付フランジ１０を備えた取付
部１１が一体的に固定してあり、マニピュレータ１はこ
の取付フランジ１０を介して取付台１２に固装されてい
る。

関節部７，８．９は、指部２が***作体３と正確に係合
できるように回動操作あるいは折曲げ操作することがで
きるようになっており、それぞれ回動用関節部７，９お
よび折曲げ用関節部８を構成している。

前記各関節部７，８，９のうち、回動用関節部７，９は
、例えば第２図において示すごとく構成されているが、
両関節部７，９は略同一に構威されているので、関節部
９について説明し関節部７についてはその説明を省略す
る。

関節部９は、固定側、可動側となる対をなす外被管２５
，３５と、これらの外被管２５ ，３５を相対的に回
動自在に連接すべく両外被管２５ ，３５の端部間にま
たがってそれぞれの中空部１６，１７に挿着した関節と
から構成されている。

関節は、被回動部（アーム）５を回動駆動する電動機の
如き駆動装置１３、この駆動装置１３０回転数を減速す
るための減速装置１４および相隣る外被管２５ ，３５
の相対的な回動角度を検出するための角度位置検出装置
１５等からなり、これらの各装置はユニット組立されて
いる。

駆動装置１３は、通有の電動機のように固定子１８と回
転子１９とにより構或され、固定千１８に取り付けられ
たブラシホルダー２０に固装されたブラシ（集電装置）
２１からコンミテータ２２を介して回転子１９に電流が
流れて回転子１９が回転駆動されるようになっている。

回転子１９は、その軸心部を貫通する中空部２３を形成
した回転軸２４に、キー、接着あるいは圧入等の手段で
固定されて嵌装されている。

固定子１８は、一方の外被管２５の端部に一端が挿着さ
れた軸支持部材（フレーム）２６に締結具２７によりあ
るいは圧入もしくは接着等の手段により固定され、この
軸支持部材２６に、前記回転軸２４がラジアルボールベ
アリングのごとき軸受２８，２９を介して回転自在に支
承されている。

軸支持部材２６の他端は、一方の外被管２５から突出し
て設けてあり、この軸支持部材２６の他端には、その突
出した回転軸２４の端部外周に入力軸を後述するごとく
同一軸心にして嵌着して減速装置１４が連設してある。

前記減速装置１４は、被回動部５を回転軸２４０回転方
向に対して逆方向に回動させるとともに、回転軸２４０
回転数に対する被回動部５０回転数を変化させるための
もので、つぎのように構威されている。

すなわち、３０で示すのは、回転軸２４に圧入その他の
手段により連動連結された回転駆動体（入力軸）で、楕
円状に形成されており、その外周には、複数のボールベ
アリング３０ａを介して可撓性の可撓リング３１が回転
自在に嵌装されている。

可撓リング３１の外周面にはセレーション状の複数の歯
３１ａが形成されており、前記回転駆動体３０によって
楕円状に撓められた可撓リング３１の長軸の両端部付近
の歯３１ａには、この可撓リング３１の歯数と同数のセ
レーション状の歯を内周面に形成した円環状の第１リン
グ３２の歯３２ａが噛合されている。

この第１リング３２は、ボルトのごとき締結具３３を介
して軸支持部材２６に一体的に連結されている。

また、可撓リング３１の長軸の両端部付近の歯は、この
可撓リング３１の歯数より適宜に多いセレーション状の
歯を内周面に形成した円環状の第２リング３４の歯３４
ａと噛合されている。

第２リング３４は、他方の外被管３５の端部に挿着され
たカップ状のハウジング（出力軸）３６に、ボルトのご
とき締結具３７を介して一体的に連結されている。

したがって、駆動装置１３を介して回転軸２４を回転駆
動すると、第２リング３４は第１リング３２との歯数に
対応した比率によって減速されて、被回動部５を回転軸
２４０回転方向と逆方向に回動する。

ために一方の外被管２５と他方の外被管３５との関係に
おいては、１駆動装置１３における軸支持部材（フレー
ム）２６の一端が一方の外被管２５に挿着され、かつ減
速装置１４のハウジング（出力軸）３６が他方の外被管
３５に挿着されているので、両外被管２５，３５は相対
的に反対方向に減速されて回動することになる。

ハウジング３６は、ラジアルボールベアリングのごとき
軸受３８を介して、軸支持部材２６に回転自在に支承さ
れている。

なお、３９で示すのは軸受押え（リテナー）で、ボルト
のごとき締結具４０を介してハウジング３６に固定され
ている。

前記軸支持部材２６には、第２図および第３図にて示す
ように、被回動部５の回動角度を検出するための角度位
置検出器４１取付用の取付板４２が締結具４３を介して
固装されており、角度位置検出器４１は、回動角度伝達
用の回動伝達管（パイプ）４４や、この回動伝達管４４
により回動される回動平歯車４５等により角度位置検出
装置１５を構成している。

回動伝達管４４は、回転軸４４の中空部２３内に挿入さ
れてその一端側をボルトノコとき締結具４６を介してハ
ウジング３６に固装されるとともに、その他端側には、
回動平歯車４５と噛合う歯車４７が形成されている。

回動平歯車４５は、止めネジ４８を介して角度位置検出
器４１の検出軸４９に固定されており、したがって、被
回動部５の回動角度は回動伝達管４４、回動平歯車４５
を介して検出されるようになっている。

前記ブラシホルダー２０への配線ケーフル５０は、軸支
持部材２６およびブラケット５１に設けられたケーブル
挿通用の貫通孔５２ ，５３を経て配線されて、中空部
２３内に導入された隣接関節部等の配線ケーブルのケー
ブル束５４と合流するようになっている。

角度位置検出器４１への配線ケーブル５５も同様にケー
ブル束５４と合流させてあり、いわゆる回動用関節部内
の全てのケーブルが各関節部の軸心の中空部を経て配線
されるようになっている。

第４図において示すのは、第１図において例示した折曲
げ用関節８付近を示すものであって、指部２側のアーム
５，６等と連動連結された被折曲げ作動側アーム５６を
、取付部１１側のアーム４等と連動連結された折曲げ作
動側アーム５７に対して折曲げ自在に構成したものであ
る。

この両アーム５６，５７の互の摺接面部には、各アーム
５６，５７の長手方向と直交する孔５８．５９が設けら
れ、この孔５８，５９には前述の駆動装置１３や減速装
置１４等がユニット化されて装着されている。

すなわち、折曲げ作動側アーム５７の孔５９には駆動装
置１３がボルトのごとき締結具６０を介して固装され、
被折曲げ作動側アーム５６の孔５８には、減速装置１４
におげる出カ軸側がボルトのごとき締結具６１を介して
固装されており、駆動装置１３を駆動することにより、
被折曲げ作動側アーム５６が折曲げ作動側アーム５７に
対して折曲げ作動されるようになっている。

なお、ユニット化された駆動装置１３等の構成は、前述
の回動用関節部のものと同一であるので、その説明を省
略する。

前記被折曲げ作動側アーム５６と折曲げ作動側アーム５
７のそれぞれには、孔５８，５９と連通する配線用の孔
６２，６３が設げられており、指部２等内からの配線ケ
ーブル６４を孔６２、１駆動ユニット部の軸心の中空部
２３、孔６３を経て配線することができる。

勿論、駆動ユニット部内の配線ケーフルもこのケーブル
６４に合流させてある。

なお、６５で示すのはシール部材である。上記構成より
なる回動用関節７，９および折曲げ用関節８を、適宜に
組合せて複数連接することにより、所望の作動範囲を有
するマニピュレータあるいはロボット等を得ることがで
きる。

特に、この発明においては、各関節部内に内装される動
力源としての駆動装置１３や減速装置１４および角度位
置検出装置１５等を一体ユニット化して、このユニット
化された駆動部を各関節部内に装着するだけの構成なの
で、関節部の構成がシンプルになり、また、関節部の外
径や長さ寸法を縮小できコンパクトにすることができる
。

また、各関節部における制御線や信号線のケーフル５４
，６４を、各関節部のユニット化された１駆動部の軸心
中空部２３に挿通して配線することができるので、従来
のように関節部やアームの外周に配線用のダクトを付設
する必要がなくなり、外径寸法のきわめて小さな関節を
得ることができるとともに、ダクトの不存在により、被
作動側の関節部の回動角度を大きくとることができる。

しかも、ケーブル５４，６４が関節部の軸心中空部２３
を通るので、作動時にケーブルが大きくねじられること
がなく、特にケーブルが比較的長い中空部２３内でねじ
られるので、その影響が少なく、ケーフルが損傷するこ
とかない。

さらに、ケーフルは、角度位置検出装置１５におげる回
動伝達管４４により保護される構成であるので、より確
実に損傷から保護されるのである。

以上のようにこの発明は、対をなす外被管を相対的に回
動または折曲げ自在に連接すべく両外被管の端部間にま
たがって挿着されるマニピュレータ等における関節にし
て、フレームの一端が一方の外被管に挿着される電動機
の回転軸にその軸心部を貫通する中空部を形成し、前記
電動機の他端に、他方の外被管に挿着されるカップ状の
出カ軸を入力軸と同心にしてかつフレームの他端外周に
回転自在に嵌装してなる減速装置を、その人カ軸を回転
軸の端部外周に嵌着して連設し、前記回転軸の中空部に
パイプを同心状に挿通せしめるとともに、このパイプの
一端を減速装置の出力軸に固定したものであるから、関
節の軸方向および径方向寸法の大幅な低減と、機械的強
度の向上を図ることができる。

また、電動機等への配線用ケーブルをアームの軸心部に
おいて比較的低速回転するパイプ内に挿通することがで
きるので、ケーブルの損傷を防止することができるとと
もに、アームの径方向寸法の更らに一層の低減を図るこ
とができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第１図は
この発明に係る関節を装備したマニピュレータの説明図
、第２図は回動用関節部の側断面説明図、第３図はこの
発明の要部の正面説明図、第４図は折曲げ用関節部の一
部を破断した説明図である。 ２３・・・・・・中空部、２４・・・・・・回転軸、５
４，６４−・・・・・ケーフル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対をなす外被管を相対的に回動または折曲げ自在に
   連接すべく両外被管の端部間にまたがって挿着されるマ
   ニピュレータ等における関節にしてフレーム２６の一端
   が一方の外被管２５に挿着される電動機１３０回転軸２
   ４にその軸心部を貫通する中空部２３を形成し、前記電
   動機１３の他端に、他方の外被管３５に挿着されるカッ
   プ状の出力軸３６を入力軸３０と同心にしてかつフレー
   ム２６の他端外周に回転自在に嵌装してなる減速装置１
   ４を、その入力軸３０を回転軸２４の端部外周に嵌着し
   て連設し、前記回転軸２４の中空部２３にパイプ４４を
   同心状に挿通せしめるとともに、このパイプ４４の一端
   を減速装置１４の出力軸３６に固定したことを特徴とす
   るマニピュレータ等における関節。