JPS6260235B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はロボツト・アームを円滑に駆動するこ
とのできる軽量で安価な関節装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、関節装置を介して複数のアームを連結
し、種々の複雑な動きを呈するようにした各種の
ロボツトやマニユピレータが開発されている。

ところでこの種ロボツト等に用いられる関節装
置は、従来専ら差動方式の歯車機構を用いて構成
されている。この為、その関節部、ひいてはアー
ム機構全体の質量の増大を招来し、この結果大き
な駆動力を必要とすると云う不具合を有してい
る。また上記歯車機構の組立てが複雑であること
のみならず、その組立て精度が悪い場合には関節
部の円滑な動きが妨げられると云う問題を有して
いる。更には、歯車自体が高価である為に、関節
装置の高価格化を招き、またロボツトやマニユピ
レータの高価格化の要因となつていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、軽量で且つ安価
であり、滑らかな動きを呈する実用性の高い関節
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕 本発明は、第１のアームと、この第１のアーム
の先端部に上記第１のアームと直交するように支
持された軸と、この軸の外周に回動自在に装着さ
れた支持体と、この支持体の回動端部に前記軸と
直交する軸心線回りに回転自在に支持された第２
のアームと、前記軸の外周で前記支持体が支持さ
れている部分の両側位置に回転自在に装着された
第１および第２の案内プーリと、前記支持体の回
動端部で前記第１の案内プーリ側に位置した部分
に軸心線を前記軸および前記第２のアームの回転
中心線にそれぞれ直交させて同軸的に支持された
第３および第４の案内プーリと、前記支持体の回
動端部で前記第２の案内プーリ側に位置した部分
に軸心線を前記軸および前記第２のアームの回転
中心線にそれぞれ直交させて同軸的に支持された
第５および第６の案内プーリと、前記第１のアー
ムの基端側から延びて前記第１の案内プーリに巻
回されたのち前記第３の案内プーリを経由して前
記第２のアームの外周に巻回され、続いて前記第
４の案内プーリを経由して再び前記第１の案内プ
ーリに巻回されたのちに上記第１のアームの基端
側へと延びる関係に張設された駆動力伝達用の第
１の線条体と、前記第１のアームの基端側から延
びて前記第２の案内プーリに巻回されたのち前記
第５の案内プーリを経由して前記第２のアームの
外周に巻回され、続いて前記第６の案内プーリを
経由して再び前記第２の案内プーリに巻回された
のちに上記第１のアームの基端側へと延びる関係
に張設された駆動力伝達用の第２の線条体とを設
けている。

つまり、一対の線条体の進退制御によつて、例
えば前記第１および第２の案内プーリが同一方向
に回転するように制御することによつて前記第２
のアームを屈曲駆動し、また上記各第１および第
２の案内プーリを逆向きに回転制御させることに
よつて前記第２のアームをその軸心を中心として
回動駆動するようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、一対の線条体（ロー
プ）によつて上記第２のアームの動きを簡易に、
且つ円滑に制御することができる。つまり案内プ
ーリを介して第２のアームに差動的に伝達される
ロープの動きによつて、第２のアームが第１のア
ームに対して屈曲、および回動駆動されることに
なる。そして従来のように歯車を用いていない為
に、軽量であり、またその構造の簡易化を図り得
る。同時に簡易な構成であるのでその組立てが容
易であり、動きの円滑化を図ることもできる。こ
れに加え、一対のロープの協調作用で第２のアー
ムを屈曲動作または回動動作させるようにしてい
るので、各動作を各１台のアクチユエータで動作
させるようにした場合に比べてアクチユエータの
出力を半分に抑えることができ、アクチユエータ
の小形化も実現できる。これ故、安価で軽量な実
用性の高い関節装置を提供することができ、その
効果は絶大である。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

第１図は実施例装置の概略構成を示すもので、
ａは平面構成図、ｂは一部を断面化して示した側
面図、ｃはその正面図である。また第２図は後述
するロープの張架状態と、その進退によるアーム
の動きを模式的に示す図である。

第１のアームの先端部には一対のブラケツト１
ａ，１ｂが所定間隔を隔てて平行に設けられてお
り、これらのブラケツト１ａ，１ｂ間に回動軸２
が設けられている。この回動軸２に支持体３が回
動自在に、つまり上記第１のアームの軸方向に対
して屈曲自在に設けられている。この支持体３は
第１図ｂに示すように、回転軸受４を介して第２
のアーム体５をその軸心を回転中心として回転自
在に支持したものである。

これらによつて関節装置本体が構成され、前記
第１のアームに対して第２のアームが屈曲自在
に、且つその軸心を中心として回転自在に設けら
れている。

しかして上記支持体３の両側部には、前記回動
軸２に支承されて一対の案内プーリ６ａ，６ｂが
回転自在に設けられている。尚、これらの各案内
プーリ６ａ，６ｂの外径は、例えば前記第２のア
ーム５の外径とほぼ等しく設定され、また上記各
案内プーリ６ａ，６ｂの間隔は上記第２のアーム
５の外径寸法よりも僅かに幅広く設定されてい
る。

また前記支持体３には、相互に平行に４つのガ
イド、例えば回転自在に設けられたプーリ７ａ，
７a′，７ｂ，７b′が前記外径寸法とほぼ等しい間
隔で設けられている。上記プーリ７ａ，７a′，７
ｂ，７b′は、前記第２のアーム５の外周面に所定
回数巻回されたのち、前記回動軸２の軸方向で、
且つ案内プーリ６ａ，６ｂ側にそれぞれ平行に引
出された一対のロープ（線条体）８ａ，８ｂの引
出し方向を前記各案内プーリ６ａ，６ｂ側にそれ
ぞれ平行に方向変換するものである。これらの各
プーリ７ａ，７a′，７ｂ，７b′を介してそれぞれ
方向変換された上記ロープ８ａ，８ｂの各両端
は、その引出し方向に従つて互いに逆向きに、つ
まり順方向に上記各案内プーリ６ａ，６ｂにそれ
ぞれ所定回数巻回されたのち、図示しないアクチ
ユエータに連結されるようになつている。つま
り、第２のアーム５ｂに巻回された一対のロープ
８ａ，８ｂは、各プーリ７ａ，７a′，７ｂ，７
b′を介して前記各案内プーリ６ａ，６ｂとの間に
張架され、且つこれらの各案内プーリ６ａ，６ｂ
にそれぞれ巻回されたのち、図示しないアクチユ
エータに連結されて各々進退駆動されるようにな
つている。

第２図はこのようにして上記第２のアーム５か
ら案内プーリ６ａ，６ｂを介してアクチユエータ
に張架される上記各ロープ８ａ，８ｂの状態を示
したもので、この例では上記第２のアーム５およ
び案内プーリ６ａ，６ｂに巻回されるロープ８
ａ，８ｂの各巻回回数はそれぞれ１回となつてい
る。また各ロープ８ａ，８ｂは、第２のアーム５
に巻回された中央部で、該第２のアーム５にそれ
ぞれ固定されている。

尚、第２のアーム５と各ロープ８ａ，８ｂとの
滑りが無視できるような場合には、その固定を省
略しても良く、また上述した巻回回数はその仕様
に応じて定めれば良いものである。

かくしてこのように構成された本装置によれ
ば、第２図に示すように前記一対のロープ８ａ，
８ｂを図中矢印Ａ方向に進退させて、前記各案内
プーリ６ａ，６ｂを同方向に回動させると、これ
らの各ロープ８ａ，８ｂによつて前記第２のアー
ム５には図中Ｘ方向およびＹ方向への回動力が生
起される。しかしこれらの互いに逆向きの回動力
は相互に打消し合う為、第２のアーム５が回動す
ることはない。これにも拘らず前記一対のロープ
８ａ，８ｂが進退駆動されるので、その力は前記
支持体３を図中α方向に回動させる力を生起し、
この結果前記第２のアーム５は前記回動軸２を支
点として屈曲することになる。尚、前記各ロープ
８ａ，８ｂをそれぞれ同時に逆Ａ方向に進退させ
た場合には、同様な作用が生じて第２のアーム５
はα′の向きに屈曲することになる。

また前記各ロープ８ａ，８ｂを図中矢印Ｂに示
すように互いに逆向きに進退駆動した場合には、
これらの各ロープ８ａ，８ｂによつて前記第２の
アーム５にはそれぞれＸ方向の回動力が生起され
る為、この結果第２のアーム５は前記軸受け４に
支持されてその軸心を中心としてβの向きに回動
することになる。尚、ロープ８ａ，８ｂを逆Ｂ方
向に進退駆動した場合には、第２のアーム５は
β′の向きに同様に回動することになる。そし
て、このような前記各ロープ８ａ，８ｂに対する
逆向きの進退量が等しい場合には、第２のアーム
５に対する回動を妨げる力が生じないことから、
支持体３を回動させるべくベクトル力が生起され
ず、従つて上記支持体３が第１のアーム１に対し
て屈曲することはない。

そして前記各ロープ８ａ，８ｂに対する進退量
をそれぞれ調整すれば、その進退量の大小と、そ
の進退の向きに応じて前記第２のアーム５は第１
のアームに対して屈曲しながら、その軸心を中心
として回動することになる。この際の、屈曲量は
上記各ロープ８ａ，８ｂの進退量の差に相当する
ものとして与えられる。また前記ロープ８ａ，８
ｂに適度な張力を与えて前記第２のアーム５と案
内プーリ６ａ，６ｂとの間に張架するようにすれ
ば、その遊びを無くして円滑な動きを行わせるこ
とが可能となる。

以上のように本装置によれば、案内プーリ６
ａ，６ｂを介して第２のアーム５に巻回された一
対のロープ８ａ，８ｂによつて上記第２のアーム
５に対して差動的に回動力を与え、上記第２のア
ーム５の回動と屈曲を制御するので、その動きを
円滑に制御することができる。しかも従来装置と
異なつて歯車を用いていないので、その大幅な軽
量化と、構造の単純化を図り、組立ての簡略化と
その低価格化を図ることも可能となる等の実用上
多大なる効果を奏する。また、一対のロープ８
ａ，８ｂの協調作用で第２のアーム５を動作させ
ているので、各動作をそれ専用のアクチユエータ
で動作させるようにしたものに比べて各アクチユ
エータの低容量化および小形化も図ることができ
る。尚、上記軽量化に際しては、案内プーリ６
ａ，６ｂやブラケツト１ａ，１ｂ等をアルミ合金
等を用いて製作するようにすれば、その効果の増
大を期待することができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。例えば案内プーリ６ａ，６ｂの外径寸
法等は装置の仕様に応じて定めれば良いものであ
る。またロープに代えて、所謂ベルトを用いるこ
とも可能である。その他本発明は、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の概略構成を示
す図、第２図は実施例装置におけるロープの張架
状態とその動きの作用を模式的に示す図である。 １ａ，１ｂ…第１のアームのブラケツト、２…
回動軸、３…支持体、４…回転軸受、５…第２の
アーム、６ａ，６ｂ…案内プーリ、７ａ，７a′，
７ｂ，７b′…プーリ（ガイド）、８ａ，８ｂ…ロ
ープ（線条体）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１のアームと、この第１のアームの先端部
   に上記第１のアームと直交するように支持された
   軸と、この軸の外周に回動自在に装着された支持
   体と、この支持体の回動端部に前記軸と直交する
   軸心線回りに回転自在に支持された第２のアーム
   と、前記軸の外周で前記支持体が支持されている
   部分の両側位置に回転自在に装着された第１およ
   び第２の案内プーリと、前記支持体の回動端部で
   前記第１の案内プーリ側に位置した部分に軸心線
   を前記軸および前記第２のアームの回転中心線に
   それぞれ直交させて同軸的に支持された第３およ
   び第４の案内プーリと、前記支持体の回動端部で
   前記第２の案内プーリ側に位置した部分に軸心線
   を前記軸および前記第２のアームの回転中心線に
   それぞれ直交させて同軸的に支持された第５およ
   び第６の案内プーリと、前記第１のアームの基端
   側から延びて前記第１の案内プーリに巻回された
   のち前記第３の案内プーリを経由して前記第２の
   アームの外周に巻回され、続いて前記第４の案内
   プーリを経由して再び前記第１の案内プーリに巻
   回されたのちに上記第１のアームの基端側へと延
   びる関係に張設された駆動力伝達用の第１の線条
   体と、前記第１のアームの基端側から延びて前記
   第２の案内プーリに巻回されたのち前記第５の案
   内プーリを経由して前記第２のアームの外周に巻
   回され、続いて前記第６の案内プーリを経由して
   再び前記第２の案内プーリに巻回されたのちに上
   記第１のアームの基端側へと延びる関係に張設さ
   れた駆動力伝達用の第２の線条体とを具備してな
   ることを特徴とする関節装置。