JPS59201785A

JPS59201785A - 関節機構

Info

Publication number: JPS59201785A
Application number: JP58075387A
Authority: JP
Inventors: 河合　健
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1984-11-15
Also published as: US4724716A; NO845037L; WO1984004270A1

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】本発明は多数の関節を直列的に接続して、柔軟な可撓性
を得るための関節機構にかかり、特に任意の方向に撓み
得ると共に、関節先端部の位置決めを高精度に行うこと
ができ、且つ耐久性、柔軟性、剛性に優れ、ロボットや
マニプレータ等のアームや手首等に好適な関節機構に関
するものである。

このような柔軟な関節機構の一例としては、特開昭５７
−６６８９０号公報に記載されたロボット用アームが知
られている。このロボット用アームは、第１図（ａ）に
示す如く、閉塞されたリング状のリンクＡ、Ｂ、Ｃ・・
・・・・を鎖状に繋絡し、相隣合うリンクを軸方向の摺
動と揺動とを同時に達成する回転摺動継手Ｊによって接
続し、且つ一つおきのリンクを関節の中心軸上に設けた
ボール継手ＢＪによって相互に揺動自在に接続したもの
で、固定の機台Ｍと最も根元部分のリンクＡとを、ボー
ル継手ＢＪ、によって揺動自在に連結すると共に、２番
目のリンクＢも固定の機台Ｍに対してボール継手ＢＪ２
を用いて連結したものである。

このようなロボット用アームは、機台Ｍに対して根元部
分のリンクＡをボール継手ＢＪ、を中心としてリンクＡ
を含む第１図における水平面内で揺動させることにより
、その揺動方向に総てのリンクが揺動され、各関節が小
刻みに揺動する為、全体として滑らかな揺動運動が得ら
れ、柔軟なアームを得ることが出来るものである。

しかしながら、このロボット用アームにおいては、リン
ク八を上記リンクＡを含む第１図における水平面に直角
の垂直面内で、例えば角度α１だけボール継手ＢＪ、を
中心として揺動させると、第１図（ｂ）に示す如く、リ
ンクＡとＢとを連結する部材Ｘ１は、リンクＡに直角に
固定されている為、揺動後には垂直面Ｙ、に対してα１
の傾きを持つに至る。

他方、リンクＡに部材ＸＩによって連結されたリンクＢ
に着目すると、このリンクＢは上記リンクＡの揺動によ
って位置固定のボール継手ＢＪ２を中心として角度α２
　（各リンクＡ、Ｂの回転中心の位置が異なるからα丁
≠α２）だけ揺動し、これに伴って部材Ｘ、も垂直面Ｙ
ｌに対してα２の角度（頃斜する（Ｘ＋　’　）。

ところで部材ＸＩ　は前記の如くリンクＡに直角に固定
されているので、リンクへの上記揺動により垂直面Ｙ、
に対してα１の角度分傾斜せざるを得す、垂直面Ｙｌに
対する角度αりを得ることが出来ない。

即ち部材Ｘ１はリンクＢの上下の辺Ｂ、、Ｂ２に対する
直角度を維持することが出来ず、辺）３！、Ｂ２に直角
の辺Ｂ３．Ｂ４に対してαクーα１の角度だけ傾斜せざ
るを得ない。

しかしリンクＢは当然剛性の高い材料で構成されている
から、リンクＢを構成する辺Ｂｌ　とＢ２との距離は一
定不変であり、且つ部材Ｘ１の長さも一定不変で、その
両端の回転摺動継手Ｊ、Ｊ間の距離も変えることが出来
ないから、部材Ｘ１は辺Ｂ、、Ｂ、に対して直角に維持
され、辺Ｂ３゜Ｂ４に対してα２−α、の角度だけ傾斜
することができない。

従ってこのロボット用アームの場合、その屈折方向は第
１図（ａ）に示したリンク八を含む水平面内に限定され
、これに直角の方向へは屈折し得す、任意の方向へ撓み
得る関節機構とは言い難いまた、このロボット用アーム
において４Ｊ１外力が作用してアームが捩れた場合、前
記回転摺動継手Ｊの摺動機能が低下し、所謂こじれによ
って滑らかな揺動運動を得ることが出来ないという欠点
がある。

即ち、例えば中間のリンクＢを第２図に示すように取り
出して考えてみると、このリンクＢに矢印１で示す捩り
モーメントが作用した場合、リンクＢを構成する４つの
辺Ｂ、、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ斗は図に示すようにＢＩ　’　
＋　　Ｂ２　’　＋　　Ｂ３　’　、Ｂ１１のように変
位し、辺Ｂ１及びＢ２に取り付けた回転摺動継手Ｊ、、
Ｊ、及びＪ２．Ｊ３は、Ｊ１′、Ｊ令′及び、Ｊ２／　
、　　、Ｊ３／の位置に変位し、上下の回転摺動継手の
距離Ｊ、Ｊ、とＪ３Ｊ４ば・Ｊ　、　／　Ｊ　、　／及
びＪ３’Ｊ、’に変化する。

ところがこのロボット用アームでは、上下の回転摺動継
手Ｊ、とＪ２とを前記のように部材Ｘ１によって、又Ｊ
３とＪ４とを部材ｘ２によって距離が変わらないように
連結しているので、上記のようにリンクＢに捩りモーメ
ントが作用すると、各回転摺動継手Ｊ１〜Ｊ４の摺動を
阻止する力が働くと共に、各回転摺動継手が各辺Ｂ１及
びＢ２に対してこじれることになり、各回転摺動継手の
摺動機能が損なわれ、各関節部における折曲りＪ１′［
が不能となる欠点をゆうする。

このような欠点はこのロボット用アームの場合、上記回
転摺動継手を各リンクの軸芯Ｇから偏心した位置に設け
ていること、及び上下の回転摺動継手、例えばＪ、とＪ
２とを両者の距離が不変となるように、部材Ｘ、等によ
って連結しているごとに起因する。

父上記のようなロボット用アームでは、辺Ｂｌ又はＢ２
に対する部材Ｘ、及びＸ２の取り付は位置を可変とする
為、前記のような回転摺動継手Ｊが必要となるが、この
ような回転摺動継手Ｊは一般に玉軸受を使用し、玉軸受
において負荷能力を大きくする為には、大型の玉軸受を
使用する必要があり、且つこのような回転摺動継手Ｊは
、第１図に示したように、関節機構の最も外側に配置さ
れるため、大型の玉軸受を使用すると、関節機構全体が
大型化し、しかも玉軸受内を辺ＢｌやＢＱが貫通するも
のであるため、部材ｘＩなどの辺Ｂ１等に対する揺動範
囲が狭く、関節機構としての犬きな折曲角度が得られな
いという欠点が存在するまた前記のようにこのロボット
用アームでは、上記玉軸受を大型化することが出来ない
為、辺Ｂ。

やＢ２との摺接部分の長さを長く取ることができず、そ
の骨部材ＸＩやＸ２に対する辺Ｂ１やＢ２のガタが大き
くなり、正確な位置決め精度を得ることが出来ない。

本発明は、上記したような従来の関節機構が有する欠点
を悉く解消した関節機構の提供を目的とするもので、そ
の要旨とする処が、鎖状に繋絡された複数の中間リンク
を自在継手を介して相互に任意の方向へ揺動可能に連結
すると共に、各中間リンクの前端部及び後端部の各軸芯
上にボール継手と摺動継手とを配設し、１つ置きの中間
リンクを直列的に連結した上記ボール継手と摺動継手と
によって連結した点にある関節機構を提供せんとするも
のである。

続いて第３図以下の添付図面を参照して本発明の詳細な
説明し、本発明の理解に供する。

ここに第３図は本発明の一実施例である４関節形の関節
機構の平面図、第４図は第３図におけるＡ−Ａ矢視断面
図、第５図は第３図及び第４図に示した関節機構の骨組
みを示す斜視図（５関節形の機構を示す）、第６図（ａ
）は第３図に示した関節機構の中間リンクを変形させた
機構を示す平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ
−Ｂ矢視断面図、（但し第３図乃至第６図は手首関節機
構を直線状に伸張した状態を示す）、第７図は」−記第
６図（ａ）、（ｂ）に示した実施例における手首関節機
構を垂直面内において屈折させた場合の各リンクの屈折
状態を示す側断面図、第８図は上記第５図に示した関節
機構の屈折状態における関節の骨組みを示す概略側面図
、第９図は第６図に示した関節機構の伸張状態における
斜視図である。

以下の説明中、水平、垂直の語は単に上記第３図乃至第
６図及び第９図の図面上における概念を表し、ロボット
アームを旋回、揺動させることにより任意の方向へ傾斜
するロボットアームに直角の方向を示すものである。

手首関節機構の伸張状態を示す第３図乃至第５図におい
て、部材２はロボットアームの先端に固定された軸であ
り、手首関節機構３を図示せぬロボットアームに固定す
るためのものである。

部材２は、手首関節機構３の根元部分に設けた自在継手
ＵＯの揺動軸４に、直角に一体的に固定されている。

自在継手Ｕｏは種々の構造が考えられるが、いずれもそ
の基本的な構造は周知のものであり、例えば図に示した
ような上記揺動軸４とこれに直角の揺動軸５とを、円環
上の継手環Ｃ８にそれぞれ回転自在に取り付けた如き構
造のものが考えられ、この場合揺動軸４を第５図示のよ
うに水平方向に固定した状態では、継手環Ｃ，はこの揺
動軸４の周りに垂直面内において回動自在であり、且つ
揺動軸５は上記継手環Ｃ６に対して、該揺動軸５の軸芯
に直角の面（水平面）内において回動自在であるから、
結局揺動軸５に取り付けた枠体６は両揺動軸４及び５の
交叉する自在継手Ｕｏの中心ＯＯの周りに、任意の方向
に揺動自在に部材２によって支持されることになる。

このような自在継手ＵＯの構造は、後続する自在継手Ｕ
ｌ　、Ｕ２・・・・・・についても全く同様であるが、
これは自在継手の一例を示すのみで、本発明のおける自
在継手はこのような構造に限定されず、その他種々の周
知の構造のものを用いることが可能である。

上記したように枠体６は、自在継手ＵＯの揺動軸５に取
り付けられ、揺動軸５の周りに回動自在であり、該枠体
６には部材２の軸方向に往復運動可能の駆動杆７ａ及び
７トがボール継手８ａ及び８ｔ、によって揺動自在に連
結されており、この連結杆７ａ及び７Ｉ、を部材２の軸
方向に同時に、又は交互に進退させることにより、枠体
６を揺動軸５又は４の周りに任意の角度揺動させ、任意
の方向に指向させ得るものである。

こうして任意の方向に指向する枠体６には、前方に向か
って伸びる左右の部材９ａ、９１．及びその前端に設け
た部材９ｃよりなるコ字状のリンク９が固着されており
、この部材９ａ及び９トには、それぞれ前記自在継手ｔ
Ｊｏに隣接する自在継手ＵＩの水平方向の揺動軸１０が
固着されており、更にこの部材９ａ、９ｂの先端部材９
ｃは、手首関節機構３の中心方向に折曲されて部材２の
軸芯Ｊｏ上に設けた共通の摺動継手Ｓ１に固着されてい
る。

摺動継手Ｓ１は、シリンダ１１とこのシリンダ内に軸方
向に摺動自在に挿入されたピストン１２とより構成され
ており、ピストン１２は、更にその前方において、ボー
ル継手Ｂ、と軸芯ＪＯの方向に直列上に連結されている
。

ボール継手Ｂ１の構造は、凹陥状の球面軸受１３と該球
面軸受１３内に回転自在に収容されたボール１４とより
なっており、上記ピストン１２の先端はこのポール１４
に固定されている。

向後記する摺動継手３ｏ、３２．３３・・・・・・及び
ボール継手ＢＯ１Ｂ２、Ｕ３・・・・・・の構造はそれ
ぞれ上記摺動継手Ｓ１及びボール継手Ｂ、の構造と同一
のものを使用している。

第１の中間リンクＬ１は、第５図に示した状態において
垂直方向の後端側の部材１５．と前端側にあって水平方
向の部材１５トと、両部材１５゜及び１５ｂを閉塞環状
に連結する部材１５ｏ及び１５Ｊとより構成され、前記
コ字状のリンク９に対して鎮状に繋絡されている。

かかるリンク同志の関係は、後続する第２、第３・・・
・・・の中間リンクＬ２　、Ｕ３・・・・・・について
も同様で、Ｕ２はり、に対してＵ３はＵ２に対してそれ
ぞれ鎖状に繋絡されており、且つ総ての中間リンクは第
１の中間リンクＬ、と同様に第５図における後端側の垂
直方向の部材と前端側の水平方向の部材とこの両部材を
連結する２個の部材とを閉塞環状に連結し′て構成され
ている。

そして各中間リンクは、それぞれその前端部及び、後端
部にボール継手と摺動継手とを交互に有しており、これ
らのボール継手と摺動継手とを直列状に連結することに
より、１個置きの中間リンクを連結して関節の屈折部が
構成されている。

例えば第５図における部材２の軸芯Ｊ。上の摺動継手Ｓ
。のシリンダ１１ａは、前記第１の中間リンクＬ１の後
端部に設けた部材１５ａに固着状に連結されておりり、
且つ中間リンクＬ、の前端に設けた部材１５１．は、同
じく軸芯ＪＯ上のボール継手Ｂ２に固着状に連結されて
いる。

前記摺動継手ＳＯは、部材２の延長上に設けられたボー
ル継手Ｂｏに直列的に連結されている。

又第２の中間リンクＬ２について見るとその後端側の部
材１６ａは前記軸芯ＪＯ上において前記ボール継手Ｂ、
の球面軸受１３と固着状に連結され、その前端側の部材
１６Ｉ、は、軸芯Ｊｏ上において摺動継手Ｓ３と固着状
に連結されている。

第３の中間リンクＬ３については、これが第５図に示し
た例の場合最終の中間リンクであるために、その後端部
の部材１７．には、軸芯上に摺動継手Ｓ２を有している
が、その前端部にはボール継手を設ける必要がない。但
し中間リンクを更に前方に連結して関節の数を増やすこ
とも可能であり、その場合には第３の中間リンクＬ３に
ついてもその前端側にボール継手を配設して更に前方の
中間リンクと連結することになる。

上記のようにボール継手Ｂｏと摺動継手ＳＯは、直列的
に連結され、且つ摺動継手Ｓ１とボール継手Ｂ、を直列
的に連結されており、以下第１の中間リンクＬ、と第３
の中間リンクＬ３とは、それぞれのリンクの前端部と後
端部に設けたボール継手Ｂ２と摺動継手Ｓ２を直列的に
接続し、第２の中間リンクＬ２と最前端のリンクＬ４　
　（但し最前端のリンクＬ４については、後端の部材１
８゜のにしか実在しない）との関係においては、第２の
中間リンクＬ２の前端の部材１６しに取り付けた摺動継
手Ｓ３と最前端のリンクＬ４の後端に取り付けたボール
継手Ｂ３とはそれぞれ第５図に示した軸芯ＪＯ上にあっ
て直列に連結されている。

上記のようにして、鎮状に繋絡された相隣合う中間リン
クＬＨ、Ｕ２　、Ｕ３及び最前端のり１゜、は、それぞ
れその交叉部分に設けた第１から第４の自在継手Ｕｌ　
、Ｕ２　、Ｕ３　、Ｕ４を介して、相互に任意の方向へ
揺動可能に連結されている。

即ちリンク９と第１の中間リンクＬ１との交叉部分には
、第１の自在継手Ｕ、が介在し、この第１の自在継手Ｕ
、の第５図における水平方向の揺動軸１０．１０は前記
したように、リンク９の部材９ａ、９トに直角に固着さ
れており、上記揺動軸１０．１０に対して直角の揺動軸
１９．１９は、それぞれ第１リンクＬ１の部材１５ｏ及
び１５ｄにそれぞれ直角に固着され、且つ第１の中間リ
ンクＬ、と第２の中間リンクし２を連結する第２の自在
継手Ｕ２の第５図における水平方向の揺動軸２０．２０
は、第１の中間リンクＬ、の前記部材１５ｃ及び１５．
Ｊにそれぞれ直角に固着され、この揺動軸２０．２０に
直角の揺動軸２１．２１は、第２の中間リンクＬ２を構
成する部材１６ｏ及び１６．に直角に固着されている。

第３及び第４の自在継手Ｕ３及びＵ４についても同様で
、第２の中間リンクＬ２と第３の中間リンクＬ３との交
叉部分に設けられた第３の自在継手Ｕ３を構成する第５
図における水平方向の揺動軸２２は、第２の中間リンク
Ｌ２を構成する前記部材１６ｃ及び１６ａに直角に固着
され、揺動軸２２に直角の揺動軸２３．２３はそれぞれ
第３の中間リンクＬ３を構成する部材１７ｃ及び１７．
、ｌにそれぞれ直角に固着されている。

又第３の中間リンクＬ３と最前端のリンクＬ４とを連結
する第４の自在継手Ｕ、の第５図における水平方向の揺
動軸２４．２４ば、前記第３の中間リンクＬ３の部材１
７Ｃ及び１７ａに直角に固着され、揺動軸２４．２４に
直角の揺動軸２５．２５はそれぞれ最前端のリンクＬ、
の一部をなす部材１８ｃ及び１８ａにそれぞれ直角に固
着されている。

この実施例では、前記したように自在継手Ｕ４が最先端
の関節を構成しているため、それより前端へ伸びるべき
最前端のリンクＬ４は、上記したように一部分しか必要
でなく、この最前端の自在継手Ｕ４を構成する継手環Ｃ
４に、取付部材２６を介してスプレーガン、爆接トーチ
等の工具を取り付けるための工具取付軸２７が取り付け
られる以」二述べた手首関節機構における各関節の支持
機構について以下に説明する。

即ち駆動杆７ａ、７Ｉ、を、所定の位置に固定し、枠体
６を部材２の軸芯Ｊ。に直角に保持すると、揺動軸４，
５が共に軸芯ＪＯに対して直角に固定されるので、自在
継手ＵＯのなす平面はロボ・ノドアームに固定された部
材２の軸芯ＪＯに対して、直角に保持されると、自在継
手Ｕｏ及び枠体６は、固定の揺動軸４によって水平方向
の回動をなすことができず、且つ垂直方向には駆動杆７
ａ及び７Ｉ、によって固定されているので、固定の部材
２に対してその軸に直角の方向に固定される。従ってこ
の枠体６より直角に前方へ伸びるリンク９が図示のよう
に水平面内において支持固定される。

又第１の中間リンクＬ、は、前記のように第１の自在継
手用によってリンク９に対して任意の方向に揺動自在に
支承されているが、上記の枠体６が軸芯ＪＯに直角に固
定された状態においては、ボール継手Ｂｏが部材２の軸
芯Ｊｏ上に固定点として存在し、且つ摺動継手Ｓｏは、
第２の中間リンクＬ１の部材１５．に対して直角に固定
されているので、自在継手ＵＯの中心００、ホー７１４
！ＩＩ手ＢＯ１摺動継手ＳＯは軸芯Ｊ。上に一直線に並
び、摺動継手Ｓ。に対して直角の部材１５が軸芯Ｊｏに
直角に支持され、中間リンクＬ、の軸芯と軸芯Ｊ、とが
一致する。

こうして第１の中間リンクＬ＋が水平方向に支持固定さ
れると、第２の自在継手Ｕ２の中心０２も前記軸芯Ｊｏ
上に配置され、且つリンク９の部材９３及び９ｂの先端
の部材９゜に固着された摺動継手Ｓ、も軸芯Ｊｏと同軸
となるので、摺動継手ＳＬ、ボール継手Ｂ１、及び中心
０２が総て軸芯Ｊｏ上に配置され、その結果第２の中間
リンクＬ２も水平方向に支持固定される。

以下同様に第３及び第４の中間リンクＬ３及びり、も、
部材２の軸芯Ｊｏの方向即ち、水平方向に支持固定され
、結局総ての中間リンクＬ、、Ｌ２、Ｌ３及び最前端の
リンクＬ、が第５図に示すように一直線上に配置され、
この状態が手首関節機構３のまっすぐに伸びた状態とな
り、その先端に設けた工具取付用の軸２７が部材２の延
長線上に部材２と同軸に支持固定される。

次に第７図及び第８図を参照して上記手首関節機構３を
垂直面内において屈折させる場合の動作につき説明する
。

ここで簡略化のために自在継手Ｕｏの中心００をａとし
、ボール継手Ｂｏの中心をｂ、第１の自在継手Ｕ１の中
心をＣ、ボール継手Ｂ１の中心をｄ、第２の自在継手Ｕ
２の中心。２をｅ、ボール継手Ｂ２の中心をｆ、第３の
自在継手Ｕ３の中心をｇ、ボール継手Ｂ３の中心の位置
をｈ、第４の自在継手Ｕ４の中心をｉとする。

まず第３図乃至第５図に示した全関節の直線状態から、
駆動杆７ａを矢印２８ａで示す後方へ、また駆動杆７１
．を矢印２８１．で示す前方へ同じ量だけ進退させると
、自在継手Ｕｏの揺動軸４の周りに揺動自在に支持され
た枠体６が揺動軸４の周りに角度αの分だけ傾き、この
枠体６に直角に固着されたリンク９も同様に傾斜する。

従ってリンク９に取り付けられた第１の自在継手Ｕ、の
中心の位置がＣ１まで変位する一方、ボール継手Ｂｏの
中心すの位置は部材２の延長線上に固定されているため
、固定の点ａ及びｂと第１の自在継手Ｕ１の中心点Ｃ１
とによって三角形Ｘ１が形成される。（以下第８図参照
）この時、点すとＣ８とを結ぶ直線と点ａ、Ｃｌを結ぶ
直線とのなす角度をβとする。

又第５図に示した直線状態における第１の自在継手Ｕ、
の中心Ｃは、ａｃを半径としてＣ１の点にまで変位する
が、同時にｂｃの距離が不変であると点Ｃは、０１′の
位置まで変位せざるを得す、ＣＩとＣＩ′の位置に差が
生じるためリンク９の上記のような揺動運動は、不可能
となる。しかし本発明においては、ボール継手Ｂｏと第
１の自在継手Ｕ１との間は、摺動継手ＳＯによって連結
されているため、ｂｃ間の距離が伸縮自在であり、点Ｃ
は不変である半径ａｃｌに合わせてＣ１の位置に変位す
ることができる。

しかもボール継手Ｂｏと第１の自在１１′！、手Ｕ、と
は、前記摺動継手Ｓｏによって連結されているので、ボ
ール継手ＢＯ８摺動継手ＳＯ１第１の自在継手Ｕ、は第
８図に示す如く直線状態が保たれ、摺動継手Ｓｏを端部
にその軸芯上に有する第１の中間リンクＬ、も直線ｂｃ
Ｉ上に配置される。

そして第２の自在継手Ｕ２及びボール継手Ｂ２について
も、総て第１の中間リンクＬ１の軸芯上に設けられてい
るので、ボール継手Ｂｏ、摺動継手Ｓｏ、第１の自在継
手Ｕ１、第２の自在継手Ｕ２、ボール継手Ｂ２が総て第
１の中間リンクＬ、の軸芯上に直線上に配置される。

更に前記した如く点すと０１とを結ぶ直線と点ａ、ＣＩ
を結ぶ直線とのなす角度はβであり、且つ摺動継手Ｓ、
はリンク９の軸芯上に配設されているので、第１リンク
Ｌ１と摺動継手Ｓ１も第１リンクＬ、に対して角度βの
傾きを有し、ボール継手Ｂｌはリンク９の軸芯の延長線
上にあって、しかも第２の自在継手Ｕ２に対して一定の
距離（ｄ　ｅ）隔たった位置にあるから、その中心ｄ、
の位置は一義的に決定され、第２の自在継手Ｕ２の中心
ｅ１と点Ｃ１、ｄＢによって三角形Ｘ２が形成される。

第５図に示した直線状態では、ボール継手Ｂ。

の中心ｄは、第１の中間リンクＬ、の軸芯上にあったが
、第６図に示した状態では、第１の中間リンクＬ、の軸
芯から偏心してｄｌの位置に変位し、且つｅｌ　とｄｌ
の距離は不変であるため、点ｃ１とｄ、との距離が変化
せざるを得ない。この距離の変化は、摺動継手Ｓ１によ
って吸収される。こうして第２の中間リンクＬ２は、第
２の自在継手Ｕ２を中心として、第１の中間リンクＬ　
、に対してγの角度だけ傾斜する。

以下同様の作動によって第１の中間リンクＬ　。

の先端に設けたボール継手Ｂ２の中心ｆばｆｌまで変位
し、且つ第２の中間リンク＋−，上には、前記したボー
ル継手Ｂｌ及び第２の自在継手Ｕ２と共に、第３の自在
継手Ｕ３及び、更にその先端に摺動継手Ｓ３が配設され
ることになり、第３の自在継手Ｕ３の中心ｇがｇｌの位
置まで変化してｅ。

、ｆ＋、ｇｌによって三角形Ｘ３が形成される。

この時のボール継手Ｂ、と第３の自在継手Ｕ３との間の
距離の変化は、摺動継手Ｓ２によって吸収される。

又ボール継手Ｂ２、摺動継手Ｓ２、第３の自在継手Ｕ３
及び、第４の自在継手Ｕ４は、第３の中間リンク上３上
に一直線に並び、第２の中間リンクＬ２と第３の中間リ
ンクＬ、との間に第３の自在継手Ｕ３を中心とする屈折
角度δが得られることになる。

更にこの屈折角度δによって、第２の中間リンクし２の
延長線上に存在するボール継手Ｂ３の中心りはｈｌまで
変位し、第４の自在継手Ｕ４の中心ｉＩとｇ＋、Ｊによ
って三角形Ｘ４が形成され、第３の中間リンクＬ３と最
前端のリンクし４とは、角度ε分だけ屈折する。

従って、最前端のリンクＬイの延長上に設けた工具取付
軸２７は、第３の中間リンクＬ３に対して角度εだけ屈
折した方向に指向する。

こうして枠体６を第５図に示した部材２に直角の状態か
らαの角度だけ垂直面内において傾けると、リンク９ば
、部材２に対してαの角度だけ傾き、第１の中間リンク
Ｌ、は、リンク９に対してβの角度だけ傾き、文箱２の
中間リンクし、は第１の中間リンクＬＩに対してγの角
度だけ傾くと共に、第３の中間リンクＬ３ば、第２の中
間リンクし２に対してδの角度だけ揺動し、これにつれ
て最前端のリンクＬ４、即ち工具取付軸２７が第３の中
間リンクＬ３に対してεの分だけ揺動するものであり、
これらの揺動方向は、総て同一の垂直面内に存在するた
め、第７図、第８図に示した如（工具等の取付軸２６が
当初水平方向に指向していたものが前記枠体６の角度α
分の傾きによってα十β＋γ十δ＋ε−θの分だけ揺動
することになり、手首が徐々に柔軟に全体として屈折す
ることになる。

上記した手首関節機構３を水平面内において揺動させる
場合には、駆動杆７ａ及び７ｔ、を矢印２８ａまたは２
８Ｉ、の方向へ同じ量だけ進退させ、枠体６を揺動軸５
の周りに水平面内において回動させることにより、達成
される。この場合の各関節の屈折状態は、第８図に示し
たものと全く同様であるので、ここでは説明を省略する
。

また第６図（ａ）、　　（ｂ）及び第９図に示した関節
機構の場合には、中間リンクをの構成する前端の部材と
後端の部材が平行で、第３図乃至第５図に示した両者が
直角の場合と異なるが、この場合も隣合う中間リンクは
相互に任意の方向へ回動する自在継手によって連結して
いる点は同じであるから、機能としては、第３図乃至第
５図に示した機構と全く同一の機能を発揮し、原理的に
同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

上記した実施例においては、本発明を手首用の関節機構
に用いた場合につき説明したが、本発明にかかる関節機
構は、このような手首機構への適用に限定されるもので
はなく、部材２を固定台、旋回台又は、他のアームの根
元部分に取り付け、全体として柔軟に折曲する腕機構に
適用することも可能であることは当然である。

本発明は以上述べたように、鎖状に繋絡された複数の中
間リンクを自在継手を介して相互に任意の方向へ揺動可
能に連結すると共に、各中間リンクの前端部及び後端部
の各軸芯上にボール継手と摺動継手とを配設し、１つ置
きの中間リンクを直列的に連結した上記ボール継手と摺
動継手とによって連結したことを特徴とする関節機構で
あるから、従来のロボ・ノド用アームのように屈折方向
が一方向に限定されることなく、任意の方向へ屈折、揺
動することができ、また屈折時に関節部の距離の変化を
吸収する摺動継手が各中間リンクの軸芯上に配設されて
いるので、関節機構に外力による捩れが発生した場合に
これらの捩れによるこしれや、面圧の増大が摺動継手に
発生せず、常に滑らかな屈曲動作が可能となり、且つか
かる摺動継手及びボール継手はいずれも、スペースとし
て余裕のある関節機構の中心部、即ち中間リンクの軸芯
上に配設されているので、ピストンの外径やその長さ及
びボールの径を、充分に大きなものとすることができ、
外力に対する剛性及び耐久性を向上させ、大きな負荷に
耐え得る関節機構であってしかも、極めて小型の柔軟な
関節機構を提供し得たものであり、更に、本発明にかか
る関節機構は、その関節部その他の可動部に、剛性が大
きく、且つ高精度を維持し得る自在継手、ボール継手及
びピストンとシリンダよりなる摺動継手を用いたもので
あるから、剛性が高いと共にガタが少なく、位置決め精
度の極めて高い関節機構の提供に成功したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来のロボット用アームの概念を説明す
るための骨格を示す斜視図、同図（ｂ）は同ロボット用
アームを屈折させた状態を示す概略側面図、第２図は同
ロボット用アームにおけるリンク部分の外力による変形
状態を示す概念図、第３図は本発明の一実施例である４
関節形の関節機構の平面図、第４図は第３図におけるＡ
−Ａ矢視断面図、第５図は第３図及び第４図に示した関
節機構の骨組みを示す斜視図（５関節形の機構を示す）
、第６図（ａ）は第３図に示した関節機構の中間リンク
を変形させた機構を示す平面図、同図（ｂ）は同図（ａ
）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、（但し第３図乃至第６図
は手首関節機構を直線状に伸張した状態を示す）、第７
図は上記第６図（ａ）、（ｂ）に示した実施例における
手首関節機構を垂直面内において屈折させた場合の各リ
ンクの屈折状態を示す側断面図、第８図は第５図に示し
た関節機構の屈折状態における関節の骨組みを示す概略
側面図、第９図は第６図に示した関節機構の伸張状態に
おける斜視図である。く符号の説明）Ｕ　Ｉ　％　Ｕ２　、Ｕ３　、Ｕ４・・・自在継手ＬＩ
％　Ｌ２　、Ｌ３・・・中間リンクＬ手・・・最前端の
リンクＢ　Ｉ−、Ｂ２　、Ｂ３・・・ボール継手Ｓｌ　、３２
　、Ｓ３・・・摺動継手Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ１・・・継手環３・・・手首関節機構　　　　６・・・枠体７ａ、７ｂ
・・・駆動杆　　　９・・・リンクＪｏ・・・部材２の
軸芯　　　１１・・・シリンダ１２・・・ピストン　　
　　　１３・・・球面軸受１４・・・ボール　　　　　
　２７・・・工具取付軸出願人　株式会社神戸製鋼所代理人　弁理士　本庄　武男

Claims

【特許請求の範囲】

鎮状に繋絡された複数の中間リンクを自在継手を介して
相互に任意の方向へ揺動可能に連結すると共に、各中間
リンクの前端部及び後端部の各軸芯上にボール継手と摺
動継手とを配設し、１つ置きの中間リンクを直列的に連
結した上記ボール継手と摺動継手とによって連結したこ
とを特徴とする関節機構。