JPS5899513A - 枢着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ろ） る。

従来の枢着装置においては、２個の部材を枢着し、その
一方又は両方の部材に１つの力を与えると、２個の部材
が回動するようになっている。

このような運動と利用する例としては、工業用ロボット
のアーム、人体用の義肢、機械的掘削機や、積載機やエ
レベータ−のゾラットフォームのアーム等通常は作動者
が近寄れない装置である。

従来のこのような枢着装置は、リニアアクチュエータ又
は回転式アクチュエータを使用している。

回転式アクチュエータは、２個の部材同士の旋回運動を
、その旋回の全範囲に亘って、概ね等しいトルクでなす
ことが出来る。しかし、回転式アクチュエータは、高価
であるとともに、リニアアクチュエータよりも構造が複
雑である。

水力ピストン及びシリング部材のようなリニアアクチュ
エータを使用した従来の枢着装置では、枢着部材に与え
られるトルクが、２個の部材の間の角度に応じて相当に
変化するので、２個の部材間の旋回運動の範囲が限定さ
れてしまう。

（４） 本発明によれば、第１部材と第２部材が互いに回動自在
に連結された枢着装置であって、前記第１部材の第１の
点に枢着された第１枢着部材と、前記第２部材の第２の
点に枢着された第２枢着部材を備え、前記第２枢着部材
は、前記第１枢着部材における第３の点にも枢着され、
かつ前記第１枢着部材における第４の点に力を与えるだ
めの装置を備え、しかも前記第６の点が、前記第１の点
と前記第４の点の間における第１の点と第４の点２ との距離のりとＴの範囲内にあることを特徴とする枢着
装置が提供される。

第４の点に与える力は、前記第２部材に取シつけたリニ
アアクチュエータにより、前記第２枢着部材に与えられ
るのが好ましい。このアクチュエータは、水力的、空力
的又は・電気的に作動されるものがより好ましい。最も
好ましいのは、リニアアクチュエータが、ピストンとシ
リンダよりなることである。

前記枢着部材は、概ね細長い棒であるのが好ましい。

前記第１の点、第６の点、及び第４の点は、概ね一直線
上にあるのがよい。

前記第６の点は、第１の点と第４の点とを結ぶ線上にお
ける、第１の点と第４の点との距離の上ろ と丁との範囲内にある。好ましくは、第３の点は、第１
の点と第４の点とを結ぶ線上の中点にあるのがよい。

第１部材と第２部材は、第５の点で直接に連結されてい
るか、又は例えば前記第２部材に第５の点で枢着される
とともに、第６の点で前記第１部材に固着された第ろ枢
着部材を介して、互いに連結されている。

第４の点に力を与えるだめの前記装置は、この力が、第
１部材と第２部材の間の中点、即ち第５の点と、第２部
材と第２枢着部材の間の中点、即ち第２の点とを結ぶ線
と櫃ね平行な方向に与えられる」：うに々つているのが
好ましい。

前記第１部材上の、前記第１の点と第４の点との間の距
離（Ａ）は、第５の点と第１の点との闇の距離（Ｂ）の
２倍乃至６倍であるのがよい。前記第１部材の上の距離
ｔＡ）ｕ、距離（Ｂ）の６倍乃至５倍であるのがより好
ましい。％に、距離（Ａｌが、距離（Ｂ）の３倍、４倍
又は５倍であるのと最適である。

第２枢着部材の上の第２の点と、第３の点との間の距離
（Ｃ）は、距離ｉＢｌの１乃至６倍であるのがよい。距
離（Ｃ）は、距離（Ｂｌの１５倍乃至２．５倍までであ
るとより好ましい。特に、距離（Ｃ）は、距離（Ｂ）の
１．５倍、２．０倍又は２５倍であるのが最も好ましい
。

第２部材上の第５の点と、第２部材上の第２の点との間
の距離（Ｄ）は、距離（Ｂ）の１乃至３倍であるのがよ
い。距離（ＤＪは、距離（Ｂ）の約１４１４倍乃至２０
倍であるのがより好ましい。距離（Ｄ）は、距離（Ｂ）
ノ１．４１４倍、１．７３２倍又は２．０倍であるのが
最も好ましい。

直線方向の力が第１枢着部材に加わる平面から、前記第
２部材上の第２の点までの垂直方向の距離別）は、距離
ｆＢ）の１乃至５倍であるのが好ましい。

距離（Ｈ）は、距離（Ｂ）の１５倍乃至４倍であるのが
より好ましい。距離（Ｈ）が、距離（Ｂ）の１．９倍、
６倍又は４倍であるのが、最も好ましい。

本発明による枢着装置け、運動の全範囲において、概ね
均一なトルクで、１８０°″！で、又はそれ以上の角度
に亘り、２個の部材を互いに回動させることが出来る。

後で述べるように、中点、又は中点から±９０゜の位置
で、最大トルクを与えるべく、寸法を選択することも出
来る。

前記第４の点が、前記概ね直線方向の力により、第２部
材に対して移動させられる距離（Ｆ）は、距離（Ｂ）の
２乃至５倍までであるのがよい。距離（Ｆ）は、距離Ｃ
Ｂ）の２．８２８倍乃至４倍であるとより好ましい。距
離Ｆ）は、距離ＦＢ）の２．８２８倍、３．４６４倍、
又は４倍であるのが最も好ましい。

前記第１部材及び第２部材は、義肢、ロボットのアーム
、エレベータ−のプラットフォーム、あるいは機械的掘
削機、若しくは積載機などの一部を構成するものである
。

以下、図面に示す実施例につき説明する８第１ａ図及び
第１ｂ図には、本発明による枢着装置（１）が示されて
いる。

この枢着装置（１）は、第６部材（７）を介して互いに
枢着された第１部材（５）と第２部材（３）ヲ備えてい
る。

即ち第１部材（５）は、第６部材（７）に固着（９）さ
れ、第２部材（３）は、枢軸（ＩＩ）で第６部材（７）
に枢着されている。かくして、第１部材（５）と第２部
材（３）とは、枢軸（１１）まわりが互いに回動しつる
。

第１枢着部材（Ｉ３）は、枢着ビン（１つにより、第１
部材（５）テ回動自在に取り付けられ、かつ枢着ビン（
１７）により、水力リニアアクチュエータ（２１）にお
けるピストン（Ｌ９）の端部に、回動自在に連結されて
いる。

第１枢着部材（Ｉ３）のことを、以下「カプラー」と呼
ぶ。

アクチュエータｆ２１）におけるピストン（１９）から
遠い側の端は、枢着ビン（２３）により、第２部材（３
）の突起部に連結されている。

第２枢着部材（２７）の一端は、枢着ビンＣ５）により
、第１枢着部材（１３）の中央に連結されている。この
第２枢着部材Ｉ２７）のことを、以下「ロッカー」と呼
ぶ。

ロッカー（２力の他端は、枢着ビン（２９）により、第
２部材（３）に回動自在に連結されている。

使用の際の枢着装置ｆｌ＋の各部材の動き及び寸法につ
き、次に説明する。

アクチュエータ制のピストン０９）が移動すると、第１
部材（５）は、枢軸的）まわりに、第２部材（３）に対
して回動させられる。この第１部材（５）と第２部材（
３）との回動角度は、第１図においてそれぞれ（５ａ）
及び（５ｂ）として想像線で示されているように、０゜
乃至１８０°である。

第１図示の枢着装置け、材料、寸法、並びにアクチュエ
ータの種類において、幾多の変更が可能である。

この枢着装置の用途は、工業用ロボットのアームや、人
体用の義肢などである。人体用の義肢においては、リニ
アアクチュエータは、目立たぬように、第１、第２部材
の外側に取り付けるとよい。

また、本発明による枢着装置け、適宜の補強部材を付加
して、例えば、エレベータ−プラットフォームのような
重工業部品に使用することも出来る。

エレベータ−プラットフォームは、第２図に示されてい
る。このエレベータ−プラットフォームは、水平面内で
回転しつる回転台（３］）’に備えている。

この回転台（３１）［、枢軸（４３）ヲモッて、第１部
材（３３）が回動自在に連結されている。

第１部材（３３）の一端は、第２部材（３つの一端に枢
着（４１）されている。第２部材（３つの他端は、支持
台（３７）に枢着（３９）されている。

この支持台（３７）は、例えば、人間や機械などを運搬
するだめのものである。エレベータ−プラットフォーム
におけるすべての枢軸味、プラットフォームが垂直面で
回動しつるような向きを向いている。

従って、第２部材（３５）と支持台（３７）の間で、回
転台（３１）及び部材（３３）（３■の各回転運動を連
動させることにより、高さ及び位置を変更することがで
きる。

枢軸（４１）（４３）は、本発明の枢着装置を有効に作
動させるようになっている。本発明の枢着装置により、
旋回運動が大きくなるため、作動の範囲は増大する。　
　　　　　　　　　　　　　１ 支持台（３７）ｆｆｉ制御する枢軸は、本発明による枢
着装置により制御される。寸た別の実施例として、前記
枢軸を、複数の平行四辺形連結装置により、枢軸（４υ
（４３）の運動と関連づけることもある。

第５図には、この平行四辺形連結装置を用いたエレベー
タプラットフォームが示されている。

この装置は、はぼ平らな、円形の基板（１５１）上に取
り付けられている。この基板（１５１）ｉｄ、その中心
に設けた垂直軸の回りに回転しうるようになっている。

基板（１５１）の上面から、互いに概ね平行をなす２個
の耳片（１５３）　（１５５）が突出している。

耳片（１５５）と耳片（１５３）との高さは同じではな
く、耳片（１５５）の方が、耳片（１５３）よりも高い
。

耳片（１５３）と（１５５）の間には、低い方の耳片（
１５３）の頂点近傍ケ通る水平方向の枢軸（１５７）が
設けられている。アーム（１５９）の一端（１６１）が
、枢軸（１５７）に枢着されている。従ってアーム（１
５９）は、垂直面内を自在に動くことが出来る。

動力枢着装置（１６３）が１、耳片（１５３）と（１５
５）の間に設けられている。それにより、アーム（１５
９）ば、枢軸（１５７）の周りに、水平からほぼ１８０
゜の角度で回転しうるようになっている。

耳片（１５３）　（１５５）に、アーム（１６５）　（
１６７）が回動自在に連結されている。アーム（１６５
）　（１６７）　［、アーム（１５９）と概ね平行をな
し、かつ長さもほぼ等しい。アーム（ＩＳ５）　（１６
７）は、それぞれ枢軸（１６９）　（１７１）を中心と
して、アーム（１！５９）と同一の垂直面内で旋回可能
である。枢軸（１６９）　（１７１）は、同一垂直面内
で、それぞれ耳部（１５３）　（１５５）に取り付けら
れている。

従って、枢軸（１７１）　（１５７）のある面と、枢軸
（１６９）　（１５７）のある面とは、互いに９０度の
角度をなしている。角度（Ｂ）は、９０°が好ましいが
、それ以外の角度でもよい。しかし、実際には、アーム
の動きがほぼ１６０°以上である場合には、角度ＣＢ）
が小さな値であることは好ましくはない。

また、枢軸（１６９）と（１５７）とを含む平面は、垂
直方向に対し４５°の角度をなしている。しかし、この
角度（Ａ）は、４５°以外であってもよい。

アーム（１５９）　（１６５）　（１６７）における基
板（１５１）との反対端は、連結部材（１７３）に回動
自在に連結されている。この連結部材（１７３）は、２
本の連片（１７９）　（１７５）の端部同士を枢着する
概ね水平方向の枢着ビン（１７７）を備えている。

連片（１７９）　（１７５）は、互いにほぼ直角をなす
ように、枢着ビン（１７７）　’（ｒもって枢着されて
いるのがよい。しかし、この連片（１７９）と（１７５
）とがなす角度（Ｂ）は、９０°以外であってもよい。

　　　　−アーム（１５９）の一端は、枢着ビン（１７
７）に枢着されている。またアーム（１６５）の一端は
、連片（１７５）の一端近くにおいて、枢軸（１８１）
に枢着されている。この連片（１７５）の端部は、枢着
ビン（１７７）から遠い側である。アーム（１６７）の
一端は、同様に連片（１７９）の端部近くの枢軸（１８
３）に枢着されている。

細長いアーム（１８７）　（１８９）　（１９１）の一
端は、それぞれ、枢軸（１８１）　（１７７）　（１８
３）に枢着されている。アーム（１８７）　（１８９）
　（１９１）は、すべて長さが等しく、かつ平行？なし
ている。

本発明による枢着装置では、アーム（１５９）と（１８
９）のなす角度が、はぼ０から１８００の間で変化しつ
るようにして、アーム（１５９）と（１８９）とが互い
に枢着されている。

連片（１７５）と反対側のアーム（１８７）　（１８９
）　（１９１）の端部に、プラットフォーム（１９３）
が取り付けられている。このプラットフォーム（１９３
）の上に、入間や他の物体が立てるようになっている。

プラットフォーム（１９３）から、２個の概ね三角形の
耳片（７９５）　（１９７）が突出している。耳片（７
９５）と（１９７）は、互いに平行をなす垂直面内て位
置している。耳片（１９７）の枢軸（２０３）に、アー
ム（１８７）の一端が枢着されている。

耳片（１９５）と（１９７）の間に、概ね水平方向ケ向
く枢着ビン（２０１）が設けられている。この枢着ビン
（２０１）に、アーム（１８９）の端部が枢着されてい
る。

枢軸（１９９）　（２０１）　（２０３）は、それぞれ
枢軸（１９９）（２０１）を含む平面が、枢軸（２０３
）　（２０１）を含む平面に対し、角度（Ｂ）　′？ｆ
：なすように配置されている。

この実施例では、角度（Ｂ）は９００である。

また、枢軸（２０１）　（２０ろ）を含む平面は、垂直
方向の平面に対し、角度（Ａ）　ｆｆｉなすように配置
される。

この実施例では、角度（Ａ）は４５°である。

操作の際には、動力枢着装置（１６３）　（１８５）　
ＶＣより作動させられたアーム（１５９）　（１６５）
　（１６７）並びに（１８９）　（１８７）　（１９１
）の連動によって、プラットフォーム（１９３）は広い
範囲で作動させられるとともに、プラットフォーム（１
９３）の床板は、水平刃ポットのアームに使用した例が
示されている。

このロボットのアームは、回転板（１２）に取り付けら
れた第１支持部材ｆ１０１に備えている。この第１支持
部材（１０）は、第１伸縮部材０４）に、本発明による
枢着装置ｔ２２）　’に介して枢着されている。第１伸
縮部材０４）は、第２伸縮部材（１６）に枢着装置＋２
４）　’に介して枢着されている。第２伸縮部材α６）
は、握り部（２０）に枢着装置（２６）を介して枢着さ
れている。

各４枢着装置ｆ２２）（２４）ｆ２Ｇ）の作動は、第１
図について述べたのとほぼ同じである。

第６図に示す構成（ＶＩＨ）について、以下に詳しぐ述
べるように、枢着装置のパラメーターを適当に選択する
ことにより、各隣接部材を、２７Ｄ０まで互いに動かす
ことが可能である。

次に、第６図と第４図について説明する。

第６図は、本発明による枢着装置の８種類の構成例を示
すものである。カプラーとロッカーの長さは、第２点と
第５点で変化する。各側において、第３の点は、第１の
点と第４の点の間の中点に位置している。

実施例（Ｉ）から（ＶＩＩＩ）において、第１図と第３
図の両方について述べると、距離（Ａ）はカプラーの長
さを示し、距離（Ｂ）は枢軸（１１）（１５）の分離線
を示している。距離（Ｂ）は、一定に維持されている。

ロッカー（２７）の長さは（Ｃ）で示され、枢軸的）か
らロッカー枢軸（２９）　ｔでの長さは（Ｄ）で示され
ている。

ロッカー枢軸（２９）上のアクチュエータ枢軸（１７）
の高さは（Ｈ）で示され、±９０°の角度（θ）値で測
定されている３、角度（θ）　ｔｒｉ、第１部材（５）
と第２）τＢ　Ｉ′Ａ’　（３）との間の角度を示し、
この２個の部材の作動範囲の中点では０になるようにし
である。

第４図は、アクチュエータ全回動自在に連結された２個
の部材に単に取り付けた従来の枢着装置と対比して、出
力角度に対してプロットした一定のアクチュエータトル
クのための出力トルクを図に表わしたものである。

次の表は、８種類の実施例における種々のパラメーター
を示す。これらの８つの実施例は、第４図示の８個の曲
線に対応している。

クランク（Ｂ）＝１ユニット Ｉ　　　　　　３　　　　　　　２．２３６　　　６　
　　　　　　５　　　　　　＋口、０５３ＩＩ　　　２
．７５　２．１２１　　５゜５　　４．５　　＋０．０
２９ＩＩＩ　　　２．５　　２　　　５　　　４　　　
＋０．０１０゜ＩＶ　　　２．２５・　１゜８７１　４
．５　　３．５１−０．０３５Ｖ　　　　　２　　　　
　’１゜７３２４３　　　　　−口、０７８　・ＶＩ　
　　１．７５’　　１．５８１３．５　　’　　２．５
　−０．１３７Ｓ□ｖｎ　　　　　　　１．５　　　　
、　　１．４１４　　　　３　　　　　　　　２　　　
　′　　−０，２１８ＶＩＩＩ　　　１．２５　１゜２
２５ｉ２．５１゜５１−０．３５９゜第４図示のように
、出力トルクは、例えば（ＩＩＩ）、（ｒＶ）及び（Ｖ
）のように、パラメーター全適当に選択することにより
、作動範囲全体に亘って、概ね一定を保つように、ある
いは、例えば（ＶＩＩ）及び（資））のように、作動範
囲の終端の方へ近づくに従って犬となるようにされてい
る。（ｖＩＩＩ）なる構成で示すように、本発明による
装置の作動範囲は、はぼ２７０°である。

これらのパラメーターを有する装置は、第６図示のロボ
ットアームに備えられた各枢着装置＋２２）（２（イ）
１２６）として使用するのがよい。

本発明による枢着装置け、旋回運動の範囲が１８０°又
はそれ以上であるという利点を保持した！、ま、種々の
用途に応じて、その特性を変えることが出来る。そこで
、前に述べたように、ロボットのアームのような用途に
とっては、広い作動範囲を有するものとするのが都合が
よく、また他の用途にとっては、トルクが、角度に拘ら
ずより均一に保持されるようにするのが好都合である。

本発明による枢着装置の各部材は、金属又はプラスチッ
ク等の適宜の材料でつくられる。枢着装置のリニアアク
チュエータは、電気的、空気的、水力的、又は他の好適
な動力で作動するものとじつる。

前記の表かられかるように、高さ叶）からの偏位△Ｈに
、かなり小さい。アクチュエータは、サイクルの全工程
を通し、枢軸ａυと（１９）間の線と概ね平行に作動す
る。勿論、多少の偏位は存在し、アクチュエータの枢軸
（２３）の高さを、高さＨ十皿とするのがよい。

θ＝０°での最大トルクでは、枢軸の高さは、Ｈ−△Ｈ
であるべきであり、θ＝±９０°での最大トルクでは、
高さはＨとなるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明による枢着装置の一実施例の平面図
である。 第１ｂ図は、同じく正面図である。 第２図は、本発明による枢着装置を備えたエレベータ−
プラットフォームを示す図である。 第６図は、本発明による枢着装置における可能な８種の
連結例を示す図である。 第４図は、第３図の各連結例における各角度でのトルク
を示すグラフである。 第５図は、本発明による枢着装置を備えるエレベータ−
プラットフォームの別の実施例を示す図ットを示す図で
ある。 ｆｌｌ枢着装置　　　　（３）第２部材（５）第１部材
　　　　（７）第３部材（ＩＩ）枢軸　　　　　　（１
０）第１支持部材（１２１回転板　　　　　　（１３）
第１枢着部材（カプラー）（１４）第１伸縮部材　　（
１５）ｆ１７）（２３＋＋２５）ｆ２９）枢着ビン（１
６）第２伸縮部材　　（１９＋ピストン（２０）握り部
　　　　　　（２１）リニアアクチュエータｔ２２）ｆ
２４）（２６）枢着装置　　　（２７）第２枢着部材（
ロッカー）（３１）回転台　　　　　（３３）第１部材
０５）第２部材　　　　（３７）支持台（３９）（４１
）（４３）枢軸　　　　（１５１）基板（１５ろ）（１
５５）耳片　　　（１５７Ｘ１６９）（１７１）枢軸（
１５９Ｘ１６５Ｘ１６７）アーム　（１６１）端部（１
６３Ｘ１８５）動力枢着装置　（１７３）連結部材（１
７５Ｘ１７９）連片　　　　（１７７）枢着ビン（１８
１）（１Ｂ”、）枢軸　　　　（１８７Ｘ１８９Ｘ１９
１）アーム（１９３）プラットフォーム　（１９５Ｘ１
９７）耳片（１９９Ｘ２０１　Ｘ２０３）枢軸 手続補正書（方式） 昭和５８年１月）３日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特　許　願第１４４５９９号２、発明の名称
　　枢着装置 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 卓社＝→キ ４？＃（名称）　ユニバージティー　オブ　ブランドフ
ォード６、　補正により増加する発明の数−一ぷ＼ぐ一
一一７、補正の対象　　　　　　　　　　　　、。 （Ｚ）　別樵の通シ ５８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１部材と第２部材とが互いに回動自在に連結さ
   れた枢着装置であって、 前記第１部材の第１の点に枢着された第１枢着部材と、 前記第２部材の第２の点に枢着された第２枢着部材とを
   備え、 前記第１枢着部材と第２枢着部材とは、第６の点で互い
   に枢着され、 更に、前記第１枢着部材にある第４の点に力を加えるだ
   め装置を備え、まだ前記第６の点が、前記第１の点と前
   記第２の点の間における第１の点と第２の点との距離の
   、士とその範囲内にあることを特徴とする枢着装置。 （２）第６の点が、第１の点と第４の点の間の中点にあ
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の枢着装置。 （３）第３の点が、第１の点と第４の点を結ぶ直線上に
   ある特許請求の範囲第（１）項若しくは第２項に記載の
   枢着装置。 （４）力を加えるだめの装置が、第２部材に取シ付けだ
   リニアアクチュエータである特許請求の範囲第（１）項
   乃至第（３）項のいずれかに記載の枢着装置。 （５）　　リニアアクチュエータが、水力的、空力的、
   又は電気的に作動するものである特許請求の範囲第（４
   ）項に記載の枢着装置。 （６）第１部材及び第２部材が、互いに第５の点で、直
   接に、又は第５の点で前記第２部材に枢着されるととも
   に、第６の点で前記第１部材に固着された第６枢着部材
   を介して枢着されている特許請求の範囲第（１）項乃至
   第（５）項のいずれかに記載の枢着装置。 （力　第４の点に力を加えるだめの装置によシ加えられ
   る力が、第５の点と第２の点を結ぶ線と概ね平行な方向
   に作用するようになっている特許請求の範囲第（６）項
   に記載の枢着装置。 （８）第１の点と第４の点との間の距離（Ａ）が、第５
   の点と第１の点との間の距離（Ｂ）の２倍乃至６倍であ
   る特許請求の範囲第（６）項若しくは第（力項に記載の
   枢着装置。 （９）第２の点と第３の点の間の距離（Ｃ）が、第５の
   点と第１の点の間の距離（Ｔ３）の１乃至３倍である特
   許請求の範囲第（６）項乃至第（８）項のいずれかに記
   載の枢着装置。 （１０）第５の点と第２の点の間の距離（Ｄ）が、第５
   の点と第１の点の間の距離（Ｂ）の１乃至３倍である特
   許請求の範囲第（６）項乃至第（９）項のいずれかに記
   載の枢着装置。 ０１）直線方向の力が第１枢着部材に加わる平面から、
   第２部材上の第２の点に至る垂直方向の距離（Ｈ）が、
   第５の点と第１の点の間の距離の１乃至５倍である特許
   請求の範囲第（６）項乃至第（１０）項のいずれかに記
   載の枢着装置。 （１２）力を加えるだめの装置のストロークが、１８［
   ＩＯの変位のだめの距離（Ｄ）の２倍である特許請求の
   範囲第（１０）項に記載０枢着装置・　１