CN101014449B - 关节驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种关节驱动装置，其具有：第一弹性体促动器(6a)，其一端部的位置固定在第一结构体(1)上，且其另一端部的位置固定在第二结构体(2)上；第二弹性体促动器(6b)，其一端部的位置固定在第一结构体上，且其另一端部的位置固定在第二结构体的、与第一结构体的端部所固定的位置相对于关节(3)大致对称的位置上；固定位置可变机构，其使第一弹性体促动器相对于第二结构体的固定位置和第二弹性体促动器相对于第二结构体的固定位置之间的间隔可变。

Description

关节驱动装置
技术领域
本发明涉及一种可适用于机械臂等机械装置的关节机构的关节驱动装置以及具有该关节驱动装置的机械臂。
背景技术
空气压人工筋等弹性体促动器能够得到直动变位，但是由于可产生仅在收缩方向的力，适用于机械臂等可动机械装置的旋转关节机构的情况下，由图14A、图14B所示的拮抗驱动机构实现旋转运动。
图14A、图14B所示，57是第一结构体，58是第二结构体。第一结构体57和第二结构体58由旋转关节59结合，可相对旋转。与第一结构体57相对而配设促动器支承部件60a以及60b，在第二结构体58上配设促动器驱动力传递部件61。
62a和62b是弹性体促动器，与第一结构体57大致平行且隔着该第一结构体配置而成。弹性体促动器62a和62b分别通过旋转节(回転ジョイント)63a和63b与促动器支承部件60a和60b连接。另外，弹性体促动器62a和62b分别通过旋转节63c和63d与促动器驱动力传递部件61连接，通过弹性体促动器62a和62b的收缩实现绕旋转关节(回転関節)59的旋转运动。
图14A、图14B的拮抗驱动机构中，旋转轴旋转则例如图14A和图14B的情况那样，弹性体促动器62a和作为连结支柱的促动器驱动力传递部件61所成的角度α分旋转角度θ小和大的不同情况而不同，即使弹性体促动器产生某种并进力，因旋转角度θ也会使旋转轴生成的旋转力矩不同，另外即使弹性体促动器产生某种直动变位，因旋转角度θ也会使旋转轴的旋转变位不同。具体地，当旋转角度θ大时，与旋转角度θ小时相比，产生的旋转力矩小，旋转变位量也小。
另外，在图14B中如作为附图标记的箭头A所示位置，当旋转角度θ大时，弹性体促动器间的间隔小，由于弹性体促动器62a或62b的端部和第一结构体57发生接触，所以存在旋转角度θ的可动范围小的课题。
相对于该课题，作为以往的技术，专利文献1(特开平07-24772号公报)提供具有这样功能的结构，通过由线绳和带轮进行驱动的结构，相对于弹性体促动器产生的某种并进力，能够生成与旋转角度θ无关而一定的旋转力矩，另外，相对于弹性体促动器的某种直动变位，能够生成与旋转角度无关而一定的旋转变位。
另外，专利文献1的结构中，通过配置中间带轮，即使带轮直径小，也能够平行配设弹性体促动器，使弹性体促动器彼此接触，不会限制可动范围。
但是，上述专利文献1中，线绳松弛或从带轮脱落等情况是有可能产生的，这会导致控制精度的降低以及不能动作。
另外，相对于弹性体促动器产生的并进力，仅生成一定的旋转力矩，而应用于机器人等的情况下，也不能够根据为把持重的物体而需要大的力的状况以及宽范围内作业需要大的可动范围的状况等，来使旋转力矩相对于某种并进力可变。
本发明的目的在于解决上述以往的关节机构的课题，消除线绳的松弛和从带轮脱落等情况的课题，另外提供一种可靠性和柔软性高的关节驱动装置和具有该关节驱动装置的机械臂，能够根据状况使旋转力矩相对于弹性体促动器产生的某种并进力可变。
发明内容
为了实现本发明的上述目的，具有以下的结构。
根据本发明的一个技术方案，关节驱动装置具有：第一结构体；第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可相对于所述第一结构体相对运动；第一弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体上；第二弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体的、与所述第一结构体的端部所固定的位置相对于所述旋转 关节大致对称的位置上；固定位置可变机构，其使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔可变。
根据本发明的其他技术方案，关节驱动装置具有：第一结构体；第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可相对于所述第一结构体相对运动；弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上；运动限制部，其配置成连结所述弹性体促动器的与其固定端相反一侧的可动端和所述第一结构体，在所述弹性体促动器的至少伸缩方向上具有运动的自由度；结合部，其结合所述弹性体促动器的所述可动端和所述第二结构体。
发明效果
根据本发明，由于具有固定位置可变机构，能够控制弹性体促动器间的间隔，所以能够根据状况柔性且连续地切换旋转力矩优先的动作或旋转变位量优先的动作等。因此，通过本发明的关节驱动装置构成机械臂，能够产生大的力矩，可把持和搬运更重的重物，并且能够增大关节的可动范围，实现可进一步扩大作业范围的机械臂，并且能够实现根据状况柔性变化特性得到高输出或宽作业范围等，可靠性也高的机械臂。
附图说明
本发明的其他目的和特征根据添附的附图说明最优实施方式。
图1是本发明的第一实施方式的关节驱动装置的结构图。
图2A是本发明的第一实施方式的关节驱动装置的动作图。
图2B是本发明的第一实施方式的关节驱动装置的动作图。
图3A是表示作为管状弹性体的一例的空气压人工筋的内部空间减压时的空气压人工筋的结构的侧面图。
图3B是表示作为管状弹性体的一例的所述空气压人工筋的内部空间加压时的空气压人工筋的结构的侧面图。
图3C是表示作为管状弹性体的一例的所述空气压人工筋的内部空间加压时的空气压人工筋的结构且是图3B的虚线部分的剖面图。
图4是表示间隔控制促动器的结构的剖面图。
图5是表示由于驱动所述空气压人工筋的空气压供给驱动系统的结构图。
图6A是表示本发明的第一实施方式的关节驱动装置的间隔控制促动器的动作图。
图6B是表示本发明的第一实施方式的关节驱动装置的间隔控制促动器的动作图。
图7是表示应用本发明的第一实施方式的关节驱动装置的机械臂的结构图。
图8是表示用于驱动应用本发明的第一实施方式的关节驱动装置的机械臂的空气压供给驱动系统的结构图。
图9A是表示本发明的第二实施方式的关节驱动装置的结构和动作的图。
图9B是表示本发明的第二实施方式的关节驱动装置的结构和动作的图。
图10是表示本发明的第二实施方式的关节驱动装置的结构的局部立体图。
图11是表示本发明的第三实施方式的关节驱动装置的结构的局部立体图。
图12A是表示本发明的第三实施方式的关节驱动装置的动作图。
图12B是表示本发明的第三实施方式的关节驱动装置的动作图。
图13A是表示本发明的第四实施方式的关节驱动装置的结构和动作的图。
图13B是表示本发明的第四实施方式的关节驱动装置的结构和动作的图。
图14A是表示现有的关节驱动装置的结构和动作的图。
图14B是表示现有的关节驱动装置的结构和动作的图。
图15是表示第一实施方式和第四实施方式的组合后的关节驱动装置的结构图。
图16是表示本发明的第四实施方式的变形例的关节驱动装置的线性引导器的结构和动作的图。
图17A是表示本发明的第四实施方式的变形例的关节驱动装置的结构和动作的图。
图17B是表示本发明的第四实施方式的变形例的关节驱动装置的结构和动作的图。
图18A是表示本发明的第四实施方式的所述变形例的关节驱动装置的线性衬套的剖面侧面图。
图18B是表示本发明的第四实施方式的所述变形例的关节驱动装置的线性衬套的剖面正面图。
图19A是本发明的第一实施方式的关节驱动装置中θL＜θS的状态的说明图。
图19B是本发明的第一实施方式的关节驱动装置中θL＜θS的状态的说明图。
图20是本发明的第一实施方式的关节驱动装置中旋转力矩一定的情况的说明图。
图21是本发明的第一实施方式的关节驱动装置中旋转变位一定的情况的说明图。
具体实施方式
在根据附图详细说明本发明的实施方式之前，先说明本发明的各种实施方式进行说明。
根据本发明的第一实施方式，关节驱动装置具有：第一结构体；第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可相对于所述第一结构体相对运动；第一弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体上；第二弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体的、与所述第一结构体的端部所固定的位置相对于所述旋转关节大致对称的位置上；固定位置可变机构，其使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔可变。
根据本发明的第二实施方式，所述固定位置可变机构通过使所述第一 弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔可变，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转力矩变化。
根据本发明的第三实施方式，所述固定位置可变机构通过使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔可变，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转角变化。
根据本发明的第四实施方式，还设有控制装置，该控制装置控制所述固定位置可变机构，使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转力矩变化。
根据本发明的第五实施方式，还设有控制装置，该控制装置控制所述固定位置可变机构，使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转角变化。
根据本发明的第六实施方式，所述固定位置可变机构具有：固定位置引导机构，其分别将所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置沿所述第一结构体的长度方向引导；固定位置驱动促动器，其由所述固定位置引导机构引导，且通过分别对所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置进行进退驱动从而使所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置之间的所述间隔变化。
根据本发明的第七实施方式，所述固定位置可变机构具有：固定位置引导机构，其分别将所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置沿所述第一结构体的长度方向引导；固定位置移动凸轮机构，其由所述固定位置引导机构引导，且通过分别使所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置移动从而使所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促 动器的所述固定位置之间的所述间隔变化。
根据本发明的第八实施方式，所述固定位置移动凸轮机构具有：凸轮；一对凸轮随动件，其可与所述凸轮常时接触，且分别可旋转地支承所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置；接触保持弹簧，其对所述凸轮随动件进行付势，使其分别常时接触所述凸轮。通过所述一对凸轮随动件常时与所述凸轮接触而移动，使所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置之间的所述间隔变化。
根据本发明的第九实施方式，所述固定位置移动凸轮机构还具有对所述凸轮进行旋转驱动的凸轮驱动促动器，通过由所述凸轮的旋转驱动而使常时接触所述凸轮的所述一对凸轮随动件移动，从而使所述第一弹性体促动器的所述固定位置和所述第二弹性体促动器的所述固定位置之间的所述间隔变化。
根据本发明的第十实施方式，关节驱动装置具有：第一结构体；第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可相对于所述第一结构体相对运动；弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上；运动限制部，其配置成连结所述弹性体促动器的与其固定端相反一侧的可动端和所述第一结构体，在所述弹性体促动器的至少伸缩方向上具有运动的自由度；结合部，其结合所述弹性体促动器的所述可动端和所述第二结构体。
根据本发明的第十一实施方式，所述运动限制部仅具有并进一个自由度。
根据本发明的第十二实施方式，所述运动限制部是具有并进1自由度和绕所述并进1自由度的旋转1自由度的线性衬套机构。
根据本发明的第十三实施方式，一种机械臂，其具有上述实施方式1或10所述的关节驱动装置。
下面根据附图详细说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是本发明的第一实施方式的关节驱动装置的结构整体图。图1中，1表示棒状的第一结构体，2表示棒状的第二结构体。第一结构体1的一 端和第二结构体2的一端由旋转关节3结合，可相对旋转。第一结构体1的另一端沿与第一结构体1的轴方向垂直的方向配设一对板状的相互面对配置的促动器支承部件4a和4b，第二结构体2的一端的附近沿与第二结构体2的轴方向垂直的方向配设一根板状的促动器驱动力传递部件5。
6a和6b是弹性体促动器，以与第一结构体1的长度方向大致平行且隔着第一结构体1的方式大致对称配置。弹性体促动器6a和6b的各自的一端上分别通过旋转节7a和7b与促动器支承部件4a和4b连接。另外，弹性体促动器6a和6b的各自的另一端上分别通过旋转节7c和7d与促动器驱动力传递部件5连接。旋转节7c和7d与促动器驱动力传递部件5的连接部形成可沿从旋转关节3的中心轴附近向外侧的方向延伸的长槽口8a、8b滑动的结构。
9是在第一结构体1的一端的附近沿与第一结构体1的长度方向垂直的方向配置的间隔控制促动器，向间隔控制促动器9的两侧分别突出的可进退的活塞杆9a、9b的前端由旋转节10a、10b而分别与弹性体促动器6a和6b连接。通过间隔控制促动器9动作，使得从图2A的状态如图2B的状态所示那样，活塞杆9a、9b延伸，长槽口8a、8b内旋转节7c和7d分别向外侧移动，弹性体促动器6a和6b的间隔r(详细地是与促动器驱动力传递部件5连结的弹性体促动器6a和6b的旋转节7c和7d的旋转轴芯间的间隔r)变化。
图3A、图3B、图3C是表示作为弹性体促动器6a和6b的一例的空气压人工筋的结构图。空气压人工筋如图3A、3B和3C所示，在由橡胶材料构成的管状弹性体12的外表面上配设由纤维网(繊維コ一ド)构成的捆绑材料13，由密封部件14分别气密性密封管状弹性体12的两端部。如图3B、图3C所示，通过将空气等压缩性流体通过流体注入排出部件15供给管状弹性体12内，从而给予管状弹性体12的内部空间以内压，则管状弹性体12主要在半径方向上膨胀，但是通过捆绑材料(拘束部材)13的作用，变换为管状弹性体12的中心轴方向的运动，全长收缩。相反，如图3A所示，将空气等压缩性流体通过流体注入排出部件15而从管状弹性体12内排出，从而降低管状弹性体12的内部空间的内压，则管状弹性体12在半径方向上收缩，并由管状弹性体12自身的弹性力，在管状弹性体12 的中心轴方向上全长伸长。该空气压人工筋主要由弹性体构成，所以可以得到具有柔软性，并且安全轻量的促动器。
图4是表示间隔控制促动器9的结构的剖面图。图4中，16表示气缸，17a和17b是在气缸16内滑动的活塞，位于活塞17a、17b的各自的杆17c、17d的气缸16的外侧的端面部分别成为旋转节10a、10b的外壳。另外，气缸16和活塞17a、17b的杆17c、17d之间分别配设O型圈18a和18b。O型圈18a和18b使气缸16和活塞17a、17b以可相对滑动的状态被气密性密封。气缸16的图4的上端部、中间部、下端部上配设流体注入排出部件19a、19b和19c，分别将空气等流体通过流体注入排出部件19a供给活塞17a和气缸16的图4的上端部之间的气缸室20a，通过流体注入排出部件19b供给活塞17a和17b之间的气缸室20b，以及通过流体注入排出部件19c供给活塞17b和气缸16的图4的下端部之间的气缸室20c。这样的结构的间隔控制促动器9中，使气缸室20a、20b和20c内的压力全部相同，则活塞17a、17b静止。另一方面，使气缸室20a和20c的压力相同，使气缸室20b的压力比它们小，则活塞17a、17b在旋转节10a、10b间的间隔变小的方向(换言之，活塞17a、17b相互接近的方向)上移动。相反，使气缸室20a和20c的压力相同，使气缸室20b的压力比它们大，则活塞17a、17b在旋转节10a、10b间的间隔变大的方向(换言之，活塞17a、17b相互离开的方向)上移动。这样，能够通过控制气缸室20a、20b和20c内的压力，使间隔控制促动器9动作，使弹性体促动器6a和6b的间隔r变化。
这样，该第一实施方式中，通过作为一例的具有间隔控制促动器9和旋转节10a、10b等的固定位置驱动促动机构、作为一例的具有长槽口8a、8b和旋转节7c和7d等的固定位置引导机构来形成固定位置可变机构的一例。
图5是表示用于驱动空气压人工筋6a、6b和间隔控制促动器9的空气压供给驱动系统的结构。图5中，21表示例如压缩机等空气压源，22表示空气压源21的空气压过滤器22a、空气压减压阀22b和空气压用润滑部件22c组成一组的空气压调节机构。23a和23b是通过例如由电磁体的力驱动随动阀(spool valve)等来控制流量的5口流量控制电磁阀。24 是例如由一般的个人电脑构成的控制装置的作为一例的控制计算机，搭载D/A板24a，通过对5口流量控制电磁阀23a和23b输出电压指令值，可控制各流体注入排出部件15和19a、19b、19c中流动的各自的空气的流量。
根据图5所示的空气压供给驱动系统，由空气压源22生成的高压空气由空气压调节机构22减压，例如调节为600kPa这样的一定压力，供给5口流量控制电磁阀23a和23b。5口流量控制电磁阀23a和23b的开度控制成与自控制计算机24经由D/A板24a输出的电压指令值成正比。5口流量控制电磁阀23a上分别连接一对空气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12的流体注入排出部件15。
如上所述那样，一对空气压人工筋6a、6b沿第一结构体1的长度方向大致平行配设，各自的管状弹性体12的流体注入排出部件15侧的端部固定在第一结构体1的端部固定的促动器支承部件4a、4b上。一对空气压人工筋6a、6b的管状弹性体12的另一端部侧上支承通过旋转关节3以自由旋转的方式支承在第一结构体1上的促动器驱动力传递部件15，该促动器驱动力传递部件5上以自由旋转的方式支承着一对空气压人工筋6a、6b的管状弹性体12的另一端部。因此，如以下所述，通过一对空气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12伸缩，使促动器驱动力传递部件5绕旋转关节3正反旋转驱动，第二结构体2绕旋转关节3正反旋转驱动。另外，在图5中箭头所示的右旋为正方向，与箭头相反的左旋为反方向。
正的电压指令值自控制计算机24从D/A板24a输入5口流量控制电磁阀23a的情况下，切换5口流量控制电磁阀23a，如图5所示，变为空气压回路符号A所示的状态，从空气压源21侧向空气压人工筋6a的管状弹性体12的流体注入排出部件15侧的流路经由5口流量控制电磁阀23a开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气供给空气压人工筋6a侧。另外，空气压人工筋6b侧，从管状弹性体12的流体注入排出部件15向大气压侧的流路经由5口流量控制电磁阀23a开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气流从空气压人工筋6b侧排出到大气中。因此，空气压人工筋6a的全长缩短(参照图3B)，空气压人工筋6b的全长伸长(参照图3A)，从而旋转关节3以与电压指令值的绝对值成正比的速度如 图5箭头所示进行右旋运动。
另一方面，负的电压指令值自控制计算机24从D/A板24a输入5口流量控制电磁阀23a的情况下，切换5口流量控制电磁阀23a，变为空气压回路符号B所示的状态，空气压人工筋6a的动作相反，旋转关节3进行左旋运动。即，从空气压源21侧向空气压人工筋6b的管状弹性体12的流体注入排出部件15侧的流路经由5口流量控制电磁阀23a开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气供给空气压人工筋6b侧。另外，空气压人工筋6b侧，从管状弹性体12的流体注入排出部件15向大气压侧的流路经由5口流量控制电磁阀23a开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气流从空气压人工筋6a侧排出到大气中。因此，空气压人工筋6b的全长缩短(参照图3B)，空气压人工筋6a的全长伸长(参照图3A)，从而关节轴旋转关节3以与电压指令值的绝对值成正比的速度如箭头反向所示进行左旋运动。
5口流量控制电磁阀23b上连接间隔控制促动器9的流体注入排出部件19a、19b、19c。5口流量控制电磁阀23b的口1和流体注入排出部件19b连接，口2分歧与流体注入排出部件19a和19c连接。
正的电压指令值自控制计算机24从D/A板24a输入5口流量控制电磁阀23b的情况下，切换5口流量控制电磁阀23b，如图5所示，变为空气压回路符号C所示的状态，从空气压源21侧向流体注入排出部件19b侧的流路经由5口流量控制电磁阀23b开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气供给气缸室20b。另外，气缸室20a和20c侧，从流体注入排出部件19a和19c向大气压侧的流路经由5口流量控制电磁阀23b开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气流从气缸室20a和气缸室20c侧排出到大气中。因此，如图6A所示，间隔控制促动器9的旋转节11a和11b间的间隔r扩张，弹性体促动器6a和6b的间隔r如箭头所示以与电压指令值的绝对值成正比的速度向扩张方向进行运动。
另一方面，负的电压指令值自控制计算机24从D/A板24a输入5口流量控制电磁阀23b的情况下，切换5口流量控制电磁阀23b，变为空气压回路符号D所示的状态，间隔控制促动器9的动作相反。即，从空气压源21侧向间隔控制促动器9的流体注入排出部件19a和19c侧的流路经 由5口流量控制电磁阀23b开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气供给气缸室20a和气缸室20c侧。另外，气缸室20b侧，从流体注入排出部件19b向大气压侧的流路经由5口流量控制电磁阀23b开通，与电压指令值的绝对值成正比的流量的空气流从气缸室20b侧排出到大气中。因此，如图6B所示，间隔控制促动器9的旋转节11a和11b间的间隔r缩小，弹性体促动器6a和6b的间隔r如箭头所示以与电压指令值的绝对值成正比的速度向缩小方向进行运动。
下面，说明以上的结构的关节驱动装置的动作。
如上所述，一对弹性体促动器6a、6b隔着第一结构体1关于促动器驱动力传递部件5相对而由旋转节7c和7d连接。因此，图1的上侧的弹性体促动器6a收缩，图1的下侧的另一弹性体促动器6b伸张，则产生绕旋转关节3的旋转轴的顺时针方向的旋转运动。相反，图1的上侧的弹性体促动器6a伸张，图1的下侧的另一弹性体促动器6b收缩，则如图2B所示，旋转运动进行逆旋转即逆时针方向的旋转。
如上所述，由弹性体促动器6驱动第一结构体1和促动器驱动力传递部件5的正反旋转运动，从而驱动第一结构体1和第二结构体2的摆动运动即角度θ的运动。
在此，本发明的第一实施方式的特征在于：配设间隔控制促动器9，能够控制弹性体促动器6a和6b的促动器驱动力传递部件5的连接点的间隔r(详细地是与促动器驱动力传递部件5连结的弹性体促动器6a和6b的旋转节7c和7d的旋转轴芯间的间隔r)。
例如，如图6A所示增大连接点间的间隔r的情况下(间隔r＝2rL的情况下)和如图6B所示缩小连接点间的间隔r的情况下(间隔r＝2rS的情况下)，设弹性体促动器6a的收缩力为Fa弹性体促动器6b的收缩力为Fb，则图6A的情况的驱动力矩τL为τL＝(Fa-Fb)rL，图6B的情况的驱动力矩τS为τS＝(Fa-Fb)rS；rL＞rS，所以τL＞τS。即，相同收缩力的情况下，图6A的情况能够产生大的力矩。这样，通过配置间隔控制促动器9，控制弹性体促动器6a和6b的促动器驱动力传递部件5的连接点间的间隔r，从而能够改变相对于相同收缩力的情况的驱动力矩。
另一方面，从旋转变位量的角度考虑，弹性体促动器6a和6b的变位 量设为Δx，则第二结构体2的摆动角度θ的旋转变位Δθ近似是：对于图6A的情况的摆动角度θL是θL＝arcsin(Δx/rL)，对于图6B的情况的摆动角度θr是θS＝arcsin(Δx/rS)；rL＞rS，所以θL＜θS(参照图19A、图19B)。即，相同弹性体促动器6a或6b的变位量Δx的情况下，也能够形成图6B的情况大的旋转变位Δθ，摆动角度θ的最大变位也能够变大。
如上所述，本发明的第一实施方式中通过配设间隔控制促动器9，从而由控制装置24控制间隔控制促动器9的动作，则能够根据状况来柔性且连续切换旋转力矩优先的动作和旋转变位量优先的动作。
另外，设从旋转关节3的旋转轴芯到旋转节7c的旋转轴芯的距离为rj，旋转关节3的摆动角度为θ，弹性体促动器6a的收缩力为Fa，弹性体促动器6b的收缩力为Fb，则产生的旋转力矩τ近似为τ＝(Fa-Fb)rjcosθ，所以rj＝τc/cosθ，其中，若控制间隔控制促动器9使τc是常数，则旋转力矩τ为τ＝τc(Fa-Fb)，与弹性体促动器的相同收缩力对应的旋转力矩τ可以与摆动角度θ无关，而控制为大致一定(参照图20)。
另外，设从旋转关节3的旋转轴芯到旋转节7c的旋转轴芯的距离为rj，设旋转关节3的摆动角度为θ，考虑摆动角度从θ的状态如图21所示，进一步以Δθ进行旋转的情况。设用于以Δθ进一步旋转的弹性体促动器6的变位为Δx(图21中虚线所示的201表示Δx变位后的旋转节7c)，则摆动角度θ的旋转变位Δθ近似为Δθ＝Δxcosθ/rj，故rj＝cosθ/Δθc，其中控制间隔控制促动器9使Δθc为常数，则旋转变位Δθ＝ΔxΔθc，弹性体促动器的相同变位量Δx所对应的旋转变位Δθ能够与摆动角度θ无关而控制为大致一定(参照图21)。
接着，图7是本关节驱动装置应用于机械臂的情况的例子。图7所示的机械臂是具有第一关节25、第二关节26、第三关节27、第四关节28的4自由度机械臂，第二关节26、第三关节27以及第四关节28的部分是本发明的第一实施方式的关节驱动装置。
具体地，由弹性体促动器29-1a和弹性体促动器29-1b的拮抗驱动来驱动第一关节轴25正反旋转，由弹性体促动器29-2a和弹性体促动器29-2b的拮抗驱动来驱动第二关节轴26正反旋转，由弹性体促动器29-3a和弹性体促动器29-3b的拮抗驱动来驱动第三关节轴27正反旋转，由 弹性体促动器29-4a和弹性体促动器29-4b的拮抗驱动来驱动第四关节轴28的正反旋转。
另外，通过间隔控制促动器30-2伸缩驱动弹性体促动器29-2a和弹性体促动器29-2b的拮抗驱动的支点间距离(相当于与上述促动器驱动力传递部件5连结的弹性体促动器6a和6b(在此弹性体促动器29-2a和弹性体促动器29-2b)的旋转节7c和7d的旋转轴芯间的间隔r)，通过间隔控制促动器30-3伸缩驱动弹性体促动器29-3a和弹性体促动器29-3b的拮抗驱动的支点间距离(相当于与上述促动器驱动力传递部件5连结的弹性体促动器6a和6b(在此弹性体促动器29-3a和弹性体促动器29-3b)的旋转节7c和7d的旋转轴芯间的间隔r)，通过间隔控制促动器30-4伸缩驱动弹性体促动器29-4a和弹性体促动器29-4b的拮抗驱动的支点间距离(相当于与上述促动器驱动力传递部件5连结的弹性体促动器6a和6b(在此弹性体促动器29-4a和弹性体促动器29-4b)的旋转节7c和7d的旋转轴芯间的间隔r)。
详细地，上述机械臂包括：相对于固定壁31沿上下方向轴在沿横方向的平面内正反旋转的第一关节轴25、在沿上下方向的平面内正反旋转的第二关节轴26、在第一腕32和第二腕33之间在沿上下方向的平面内相互正反旋转的第三关节轴27、在第二腕33和手34之间在沿上下方向的平面内相互正反旋转的第四关节轴28。
第一关节轴25中，在上下端部由轴承部35a和35b自由旋转且沿上下方向支承的旋转轴36上自由旋转地连结圆形支承体37，且弹性体促动器29-1a和弹性体促动器29-1b的各一端部与固定壁31连结，并且各另一端部与上述各圆形支承体37的支承轴38连结。这样，能由弹性体促动器29-1a和弹性体促动器29-1b的拮抗驱动而将绕第一关节轴25的上下轴Z在横方向的平面内一体正反旋转机械臂的第一腕32和第二腕33和手34。另外，上侧的轴承部35a由支承棒39支承在固定壁31上。
第二关节轴26中，在旋转轴36(相当于上述的一对弹性体促动器的第一结构体1)上的圆形支承体37(相当于一对弹性体促动器的促动器驱动力传递部件5)、和在旋转轴36的固定壁31侧上与旋转轴36的长度方向垂直固定的支承体40(相当于一对弹性体促动器的促动器支承部件4a 和4b)之间连结弹性体促动器29-2a和29-2b，由弹性体促动器29-2a和弹性体促动器29-2b的拮抗驱动而将绕第二关节轴26的支承轴的横轴在沿上下方向的面内一体地正反旋转机械臂的第一腕32和第二腕33和手34。另外，在圆形支承体37上配置从第二关节轴26放射状延伸的长口槽56-2a、56-2b(相当于一对弹性体促动器的促动器驱动力传递部件5的长槽口8a、8b)，通过间隔控制促动器30-2沿长口槽56-2a、56-2b驱动弹性体促动器29-2a和29-2b对圆形支承体37的连接点，使拮抗驱动的支点间距离伸缩运动。
第三关节轴27中，在一端固定在圆形支承体37上的第一腕32(相当于上述一对弹性体促动器间的第一结构体1)的圆形支承体37侧上支承体4(相当于一对弹性体促动器的促动器支承部件4a和4b)与第一腕32的长度方向垂直固定，并在第一腕32的前端侧可旋转地连结与第二腕33的长度方向垂直固定在第二腕33的一端上的支承体42(相当于一端弹性体促动器的促动器驱动力传递部件5)。第一腕32的支承体42和固定在第二腕33的一端上的支承体42之间连结弹性体促动器29-3a和29-3b，由弹性体促动器29-3a和弹性体促动器29-3b的拮抗驱动而将绕第三关节轴27的支承轴的横轴在沿上下方向的面内一体地正反旋转机械臂的第一腕32和第二腕33。另外，在支承体42上配置从第三关节轴27放射状延伸的长口槽56-3a、56-3b(相当于一对弹性体促动器的促动器驱动力传递部件5的长槽口8a、8b)，通过间隔控制促动器30-3沿长口槽56-3a、56-3b驱动弹性体促动器29-3a和29-3b对支承体42的连接点，使拮抗驱动的支点间距离伸缩运动。
第四关节轴28中，第二腕33(相当于上述的一对弹性体促动器的第一结构体1)的支承体42(相当于一对弹性体促动器的促动器支承部件4a和4b)、固定在手34的一端且可旋转地与第二腕33连结的支承体43(相当于一对弹性体促动器的促动器驱动力传递部件5)之间连结弹性体促动器29-4a和29-4b，由弹性体促动器29-4a和弹性体促动器29-4b的拮抗驱动而将绕第四关节轴28的支承轴的横轴在沿上下方向的面内使手34相对于第二腕33正反旋转。另外，在支承体43上配置从第四关节轴28放射状延伸的长口槽56-4a、56-4b(相当于一对弹性体促动器的促动器 驱动力传递部件5的长槽口8a、8b)，通过间隔控制促动器30-4沿长口槽56-4a、56-4b驱动弹性体促动器29-4a和29-4b对支承体43的连接点，使拮抗驱动的支点间距离伸缩运动。
图8是表示图7所示的用于驱动机械臂的空气压供给系统的图。图8所示的空气压供给系统中，配置7个5口流量控制电磁阀44-1、44-2、44-3、44-4和44-12、44-13、44-14。其他的结构和动作原理与图5的情况同样，所以省略详细赘述。
从5口流量控制电磁阀44-1向弹性体促动器29-1a以及29-1b供给空气压，驱动绕第一关节轴25的正反旋转运动，从5口流量控制电磁阀44-2向弹性体促动器29-2a以及29-2b供给空气压，驱动绕第二关节轴26的正反旋转运动，从5口流量控制电磁阀44-3向弹性体促动器29-3a以及29-3b供给空气压，驱动绕第三关节轴27的正反旋转运动，从5口流量控制电磁阀44-4向弹性体促动器29-4a以及29-4b供给空气压，驱动绕第四关节轴28的正反旋转运动。
另外，从5口流量控制电磁阀44-12向间隔控制促动器30-2供给空气压，弹性体促动器29-2a以及29-2b向圆形支承体37的连接点间的距离的伸缩运动被驱动，从5口流量控制电磁阀44-13向间隔控制促动器30-3供给空气压，弹性体促动器29-3a以及29-3b向支承体42的连接点间的距离的伸缩运动被驱动，从5口流量控制电磁阀44-14向间隔控制促动器30-4供给空气压，弹性体促动器29-4a以及29-4b向支承体43的连接点间的距离的伸缩运动被驱动。
根据以上的结构，生成多自由度，能够实现作为机械臂10的把持运送物体等基本功能。另外，弹性体促动器29-1a～29-4b的驱动力由旋转节的刚性结合传递，所以与利用线绳-带轮的驱动相比，不用担心松弛或脱落等，能够实现高可靠性。另外，由间隔控制促动器30-2、30-3、30-4来驱动弹性体促动器29-2a、29-2b、29-3a、29-3b、29-4a、29-4b向支承体37、42、43的连接点间的距离的伸缩运动，从而当增大间隔的时候，能够生成大的力矩，所以能够把持和搬送更重的重物。另一方面，当减小间隔后，能够增大关节的可动范围，所以能够将机械臂的作业范围变得更宽。
如上所述，根据本发明的关节驱动装置，通过间隔控制促动器的驱动控制，能够使上述第一弹性体促动器6a对上述第二结构体2的固定位置和上述第二弹性体促动器6b相对上述第二结构体2的固定位置的间隔r是可变的，所以能够根据状况来柔性改变特性，得到高功率或宽作业范围，并且能够实现可靠性也高的机械臂。
(第二实施方式)
图9A、图9B是本发明的第二实施方式的关节驱动装置的结构的图。图9A、图9B的关节驱动装置以下构成部分与第一实施方式不同，其他部分与第一实施方式相同，关于共通的构成部分赋予与第一实施方式相同的附图标记，详细说明省略。
图9A、图9B和图10中，45是椭圆板状的凸轮，以与第一结构体布农相对转动的状态配置使得中心轴和旋转关节3的旋转轴一致。46是弹簧，通过旋转节47a、47b与弹性体促动器6a、6b的旋转关节3侧的端部连接。另外，弹性体促动器6a、6b的旋转关节3侧的端部通过旋转节48a、48b与促动器驱动力传递部件5的长口槽部8a、8b连接。另外，在与旋转节48a、48b同一轴上配设圆板辊状的凸轮随动件49a、49b，通过弹簧46的弹性力而使凸轮随动件49a、49b的圆周侧面部分和凸轮45的外周端面常时接触。
这样，在该第二实施方式中，通过作为一例具有椭圆板状的凸轮45和凸轮随动件49a、49b和弹簧46和旋转节47a、47b等的固定位置移动凸轮机构、和作为一例具有旋转节48a、48b和长槽口8a、8b等的固定位置引导机构来构成固定位置可变机构的其他实施例。
说明以上结构的关节驱动装置的动作。弹性体促动器的动作等与上述第一实施方式相同，所以关于共通结构的部分的动作省略。
首先，在弹性体促动器6a、6b的伸缩前的初期状态，如图9A所示，在椭圆板状的凸轮45的长轴侧的两端部上接触凸轮随动件49a、49b的状态，凸轮随动件49a、49b的旋转轴芯间的间隔变得最大，从而促动器驱动力传递部件5所连结的旋转轴芯间的间隔r变得最大。接着，由弹性体促动器6a、6b的伸缩激励起以旋转关节3为中心的第一结构体1和第二结构体2的相对摆动运动，则凸轮随动件49a、49b使凸轮45的外周端面 不因弹簧46的作用而离开，而是常时接触。因此，通过与凸轮随动件49a、49b配置在同一轴上的旋转节48a、48b连接的弹性体促动器6a、6b的端部间的间隔根据凸轮45的外周端面的形状扩大或缩小。
根据以上的凸轮45的动作，例如作为凸轮45的外周端面的形状，rc＝τc/cosα，则旋转关节3的摆动角度为θ、弹性体促动器6a的收缩力为Fa、弹性体促动器6b的收缩力为Fb时生成的旋转力矩近τ似为τ＝(Fa -Fb)rccosθ，所以τ＝τc(Fa-Fb)，与弹性体促动器的相同收缩力对应的力矩与摆动角度θ无关，能被控制为大致一定。
另外，例如作为凸轮45的外周端面的形状，rc＝cosα/Δθc，其中Δθc若为常数，则旋转关节3的摆动角度为θ、弹性体促动器6的变位为Δx时，摆动角度θ的旋转变位Δθ近似为Δθ＝Δxcosθ/rc，所以旋转变位Δθ＝ΔxΔθc，与弹性体促动器的相同变位对应的旋转变位能够与摆动角度θ无关，而控制在大致一定。
如上所述，第二实施方式中，通过凸轮45、凸轮随动件49a、49b以及弹簧46，从而不追加用于使弹性体促动器6a、6b的端部间的间隔变动的促动器等，而能够以简单的结构实现根据状况使特性柔性变化以得到高功率力矩或宽动作范围的关节驱动装置。
(第三实施方式)
图11是本发明的第三实施方式的关节驱动装置的结构的立体图。图11中，50是由控制计算机24进行动作控制的凸轮驱动促动器，例如DC伺服电机，旋转型空气压促动器等的旋转电机。凸轮驱动促动器50固定在促动器驱动力传递部件5上，凸轮驱动促动器50的输出旋转轴上固定凸轮45，由凸轮驱动促动器50，使得在控制计算机24的控制下，凸轮45对促动器驱动力传递部件5的相对旋转角度能够得以控制。其他结构与上述第二实施方式相同，所以对共通的结构部分给以相同的附图标记，省略说明。
在第三实施方式的关节驱动装置中，通过凸轮驱动促动器50对凸轮45的位置进行旋转停止保持的情况下，与第二实施方式的情况同样，通过使凸轮随动件49a、49b在凸轮45的外周端面滚动，从而控制弹性体促动器6a、6b的端部间的间隔。
另外，如图12A和图12B所示，通过凸轮驱动促动器50使凸轮45相对促动器驱动力传递部件5进行旋转运动，则能够积极控制弹性体促动器6a、6b的端部间的间隔r，在应用于机器人等的情况下，能够对应把持重物需要大的力的状况、宽范围作业需要大的可动范围的状况等，更加柔性地对应状况。
另外，在该第三实施方式中，通过作为一例具有凸轮驱动促动器50和椭圆板状的凸轮45和凸轮随动件49a、49b和弹簧46和旋转节47a、47b等的固定位置移动凸轮机构、和作为一例具有旋转节48a、48b和长槽口8a、8b等的固定位置引导机构来构成固定位置可变机构的其他实施例。
(第四实施方式)
图13A和图13B以及图16是本发明的第四实施方式的关节驱动装置的结构图。图13A和图13B的关节驱动装置中，以下的结构部分与第一实施方式不同，其他部分与第一实施方式相同，共通的结构部分给以与第一实施方式相同的附图标记，详细说明省略。
图13A和图13B以及图16中，51a、51b是作为上述运动限制部的一例的线性引导器。线性引导器51a、51b包括固定在第一结构体1的侧面上的轨道52a、52b、可滑动地与轨道52a、52b卡合的滑块53a、53b、可旋转地以直线的方式配置在剖面大致长方形的轨道52a、52b和剖面大致コ形状的滑块53a、53b之间的多个引导球54。滑块53a、53b可沿轨道52a、52b相对并进运动(换言之，仅具有并进1个自由度)。另外，轨道52a、52b其中心轴与第一结构体1的中心轴平行而固定在第一结构体1的侧面，滑块53a、53b分别固定在弹性体促动器6a、6b的密封部件14a、14b上。
因此，弹性体促动器6a、6b的伸缩运动带来的密封部件14a、14b的并进运动由于与线性引导器51a、51b的可相对并进运动方向一致而不做限制。另一方面，其他方向的并进运动由于线性引导器51a、51b没有自由度，所以进行限制。
另外，54a、54b是连结环，通过旋转节55a、55b与弹性体促动器6a、6b的密封部件14a、14b连接，通过旋转节55c、55d与促动器驱动力传递部件5连接。
这样，该第四实施方式中，通过线性引导器51a、51b等构成运动限制部分的一例。另外，由促动器驱动力传递部件5和旋转节55c、55d等构成结合部的一例。
说明以上结构的关节驱动装置的动作。弹性体促动器6a、6b的动作等与上述第一实施方式相同，所以关于共通结构部分的动作省略。
弹性体促动器6a、6b的伸缩运动经由连结环54a、54b传给促动器驱动力传递部件5，结果，产生以旋转关节3为中心的第一结构体1和第二结构体2的相对摆动运动。
在此，本发明的第四实施方式的关节驱动装置的特征在于：由线性引导器51a、51b限制弹性体促动器6a、6b的运动方向，并且由连结环54a、54b传递驱动力。通过这样的结构，如图13B所示摆动角度θ大的情况下，也能够如图14B所示，弹性体促动器6a、6b的间隔变窄，能够解决以往与第一结构体1接触而不能使摆动角度θ变大的问题。
另外，在上述第四实施方式中，上述运动限制部例如选用线性引导器，但是不限定于此，如图17A、17B和18A、18B所示，具有棒状体104a、104b的中心轴方向的并进运动和绕中心轴的旋转自由度的线性衬套机构100a、100b等机构也能够发挥同样的效果，该线性衬套机构由多个圆筒状的滑块101构成，所述滑块101将与弹性体促动器6a、6b连接的圆形剖面的棒状体104a、104b作为轨道，通过引导球103在所述轨道的外侧面滚动而滑动，所述引导球103被球保持器102保持为旋转自如且不能自由脱落。另外，线性衬套100a、100b的各滑块101由固定托架105a、105b固定在第一结构体1上。
另外，上述各种实施方式中任意的实施方式可以组合，以至少得到包含各自效果的效果。例如，如图15所示，通过第一实施方式和第四实施方式的组合，起到第一实施方式的作用效果时，通过第四实施方式的线性引导器能够更加圆滑地使上述第一弹性体促动器6a对上述第二结构体2的固定位置和上述弹性体促动器6b对上述第二结构体2的固定位置移动，起到但不限于第一实施方式和第四实施方式的两者的作用效果。
另外，上述各种实施方式中任意实施方式的适当组合能够得到至少包含各自的效果的效果。
产业上的实用性
本发明的关节驱动装置作为多关节机械臂的关节驱动装置是有用的。另外，不限于机械臂，也可以用作生产设备等的旋转机构用的关节驱动机构等、机械装置等关节驱动装置。
本发明参照附图对优先的实施方式进行了充分记载和说明，都是本领域技术人员可以进行这种变形和修改。这样的变形和修改只要不脱离本发明的宗旨就落入本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种关节驱动装置，其具有：
第一结构体；
第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可与所述第一结构体相对运动；
第一弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体上；
第二弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上，且其另一端部的位置固定在所述第二结构体的、与所述第一弹性体促动器的所述另一端部所固定的位置相对于所述旋转关节大致对称的位置上；
固定位置可变机构，其使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔可变。
2.如权利要求1所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置可变机构通过使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转力矩变化。
3.如权利要求1所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置可变机构通过使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转角变化。
4.如权利要求2所述的关节驱动装置，其中，还设有控制装置，该控制装置控制所述固定位置可变机构，使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转力矩变化。
5.如权利要求3所述的关节驱动装置，其中，还设有控制装置，该控制装置控制所述固定位置可变机构，使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的固定位置之间的间隔变化，从而使在所述第一结构体和所述第二结构体之间产生的旋转角变化。
6.如权利要求1～5任一项所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置可变机构具有：
固定位置引导机构，其分别将所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置沿所述第一结构体的长度方向引导；
固定位置驱动促动器，其由所述固定位置引导机构引导，且通过分别对所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置进行进退驱动而使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置之间的所述间隔变化。
7.如权利要求1～5任一项所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置可变机构具有：
固定位置引导机构，其分别将所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置沿所述第一结构体的长度方向引导；
固定位置移动凸轮机构，其由所述固定位置引导机构引导，且通过分别使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置移动而使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置之间的所述间隔变化。
8.如权利要求7所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置移动凸轮机构具有：凸轮；一对凸轮随动件，其可与所述凸轮常时接触，且分别可旋转地支承所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置；接触保持弹簧，其对所述一对凸轮随动件施力，使其各自常时接触所述凸轮，其中，通过所述一对凸轮随动件常时接触所述凸轮而移动，使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置之间的所述间隔变化。
9.如权利要求8所述的关节驱动装置，其中，所述固定位置移动凸轮机构还具有对所述凸轮进行旋转驱动的凸轮驱动促动器，通过由所述凸轮的旋转驱动而使常时接触所述凸轮的所述一对凸轮随动件移动，从而使所述第一弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置和所述第二弹性体促动器相对于所述第二结构体的所述固定位置之间的所述间隔变化。
10.一种关节驱动装置，其具有：
第一结构体；
第二结构体，其通过旋转关节与所述第一结构体连接，并可与所述第一结构体相对运动；
弹性体促动器，其一端部的位置固定在所述第一结构体上；
运动限制部，其配置成在所述弹性体促动器的与其固定端相反一侧的可动端连结该可动端和所述第一结构体，且在所述弹性体促动器的至少伸缩方向上具有运动的自由度，并限制所述伸缩方向以外的方向的并进运动；
结合部，其结合所述弹性体促动器的所述可动端和所述第二结构体。
11.如权利要求10所述的关节驱动装置，其中，所述运动限制部是仅具有并进一自由度的线性引导器。
12.如权利要求10所述的关节驱动装置，其中，所述运动限制部是具有并进一自由度和绕该并进一自由度的旋转一自由度的线性衬套机构。
13.如权利要求12所述的关节驱动装置，其中，所述线性衬套机构由圆筒状的滑块构成，所述滑块将与弹性体促动器连接的圆形剖面的棒状体作为轨道，通过多个引导球在所述轨道的外侧面滚动而滑动，所述引导球被球保持器保持为旋转自如且不能自由脱落。
14.一种机械臂，其具有权利要求1或10所述的关节驱动装置。
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Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5105147B2 (ja) * 2006-08-28 2012-12-19 株式会社安川電機 ロボットおよび制御方法
CN100460165C (zh) * 2007-03-22 2009-02-11 上海交通大学 人工关节电绳驱动器
CN101855047A (zh) 2007-11-26 2010-10-06 马达动力公司 用于对物体进行处理和/或执行加工操作的装置
WO2009084304A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Murata Manufacturing Co., Ltd. アクチュエータシステムおよびその制御方法
JP5173404B2 (ja) * 2007-12-28 2013-04-03 パナソニック株式会社 筋力補助装置及びその動作方法
US20100280423A1 (en) * 2007-12-28 2010-11-04 Panasonic Corporation Muscle force assisting device (as amended)
JP4405589B2 (ja) * 2008-01-28 2010-01-27 パナソニック株式会社 柔軟アクチュエータ及びそれを用いた関節駆動ユニット
US20100280424A1 (en) * 2008-03-27 2010-11-04 Panasonic Corporation Muscle force assisting device
JP4512670B2 (ja) * 2008-07-18 2010-07-28 パナソニック株式会社 液圧アクチュエータ及びそれを用いた関節駆動ユニット
GB0817417D0 (en) * 2008-09-23 2008-10-29 Shadow Robot Company The Ltd Robotic muscles
WO2011060311A2 (en) 2009-11-13 2011-05-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. End effector with redundant closing mechanisms
CN106974733B (zh) 2009-11-13 2020-04-03 直观外科手术操作公司 具有紧凑腕部的手术工具
KR101924394B1 (ko) 2009-11-13 2018-12-03 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 독립적으로 회전하는 부재 내의 병렬 구동 샤프트들을 위한 모터 연접부
US20110118708A1 (en) 2009-11-13 2011-05-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Double universal joint
IT1402325B1 (it) * 2010-09-16 2013-08-30 Scuola Superiore Di Studi Universitari E Di Perfez Arto robotico continuo bioispirato
ITFI20110091A1 (it) 2011-05-03 2012-11-04 Scuola Superiore Di Studi Universit Arie Di Perfe Robot con arti morbidi adibiti a locomozione e presa
CA2790874C (en) * 2011-10-07 2019-11-05 E2M Technologies B.V. A motion platform system
JP5516615B2 (ja) * 2012-02-03 2014-06-11 株式会社安川電機 パラレルリンクロボット
JP2014000650A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Canon Inc 関節駆動機構及びロボットアーム
CN102922536B (zh) * 2012-10-16 2015-03-11 中国计量学院 机构参数可调的通用型气动肌肉仿生关节机构
FR2997887B1 (fr) * 2012-11-14 2015-07-10 Commissariat Energie Atomique Systeme hexapode
US9194403B2 (en) * 2014-02-23 2015-11-24 Dylan Pierre Neyme Modular hinged joint for use with agonist-antagonist tensile inputs
CN103807249B (zh) * 2014-03-07 2015-10-28 上海当世流体动力控制设备有限公司 机器人仿生液压系统
US10456316B2 (en) * 2014-06-13 2019-10-29 Worcester Polytechnic Institute Actuators and methods of use
RU2672964C2 (ru) * 2014-08-06 2018-11-21 С.М.С. С.П.А. Система для поддержки обрабатываемой детали
US9682473B2 (en) * 2014-08-29 2017-06-20 Abb Schweiz Ag Electric fluidic rotary joint actuator with pump
CA3175239A1 (en) 2014-09-17 2016-03-24 Soft Robotics, Inc. Soft robotic actuator attachment hub and grasper assembly, reinforced actuators, and electroadhesive actuators
US10132333B2 (en) * 2014-11-13 2018-11-20 Bell Helicopter Textron Inc. Actuator utilizing pneumatic muscles
US10189168B2 (en) * 2014-11-18 2019-01-29 Soft Robotics, Inc. Soft robotic actuator enhancements
CA2968307C (en) * 2014-11-18 2023-05-09 Soft Robotics, Inc. Soft robotic actuator enhancements
MX2017010606A (es) 2015-02-20 2018-03-02 G Morice Peter Sistema y metodo de accionamiento neumatico.
CN105269562A (zh) * 2015-11-16 2016-01-27 齐鲁工业大学 一种直线型并联机器人结构
EP3385571B1 (en) * 2015-12-03 2024-03-13 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Two-degree-of-freedom drive mechanism
DE102016101812B4 (de) * 2016-02-02 2022-12-08 Festo Se & Co. Kg Auslenkelement
JP6715493B2 (ja) * 2016-08-29 2020-07-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アクチュエータおよびその駆動方法
JPWO2018084123A1 (ja) * 2016-11-07 2019-09-19 株式会社ブリヂストン 液圧式アクチュエータ
JP6799445B2 (ja) * 2016-11-24 2020-12-16 川崎重工業株式会社 ロボットの関節構造体
US11511446B2 (en) * 2016-11-24 2022-11-29 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Joint structure for robot
JP6725565B2 (ja) * 2018-03-02 2020-07-22 ファナック株式会社 ワークを把持可能なロボットハンド、ロボット、ロボットシステム、及びワークを穴に回し入れる方法
US11318626B1 (en) * 2018-03-02 2022-05-03 Empower Robotics Corporation Compliant joint for a robotic arm
CN108608421A (zh) * 2018-06-11 2018-10-02 河南森源电气股份有限公司 机械仿生动力装置
JP7061934B2 (ja) * 2018-06-12 2022-05-02 清水建設株式会社 エンドエフェクタおよび部材取り付け方法
JP7252797B2 (ja) * 2019-03-14 2023-04-05 川崎重工業株式会社 ロボットアーム
US11738893B2 (en) 2019-04-30 2023-08-29 Soft Robotics, Inc. Picking, placing, and scanning bagged clothing and other articles
CN110281276B (zh) * 2019-06-28 2020-08-28 北京理工大学 一种抗冲击的机器人上肢结构
CN110960324B (zh) * 2019-12-24 2020-08-04 吉林大学第一医院 一种儿科手术机器人手术器械转动控制单元
CN110960323B (zh) * 2019-12-24 2020-12-08 孙加永 一种极坐标儿科手术机器人手术器械定位组件
CN111421532B (zh) * 2020-05-22 2022-11-01 大连海事大学 一种带水压人工肌肉位移放大的二自由度组合关节
CN112155945B (zh) * 2020-10-14 2022-10-04 河南理工大学 一种针对腕关节进行万向康复训练的机械装置
KR102340814B1 (ko) * 2020-10-26 2021-12-17 한국생산기술연구원 로봇 관절 구동 장치
CN113561167B (zh) * 2021-08-20 2022-12-20 浙江工业大学 一种气动肌肉驱动的柔性连续型关节
US20230139643A1 (en) * 2021-11-03 2023-05-04 Lisa Forgione Mechanical Rotating Spindle for Painting Designs

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736692A (en) * 1985-06-20 1988-04-12 Asea Stal Aktiebolag Method of handling fuel
US5351602A (en) * 1992-08-05 1994-10-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Jointed assembly actuated by fluid pressure
CN2241613Y (zh) * 1995-06-07 1996-12-04 中国人民解放军89000部队 一种人工关节驱动器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH407716A (de) * 1961-07-03 1966-02-15 Husqvarna Vapenfabriks Ab Nähmaschine
JPS6034288A (ja) * 1983-08-03 1985-02-21 株式会社日立製作所 駆動装置
JPS61184264A (ja) 1985-02-13 1986-08-16 Hitachi Ltd 変位変換装置
JPH0712598B2 (ja) * 1985-04-27 1995-02-15 株式会社ブリヂストン ニユ−マチツク・アクチユエ−タを用いたロボツトア−ムの取付構造
US4784042A (en) * 1986-02-12 1988-11-15 Nathaniel A. Hardin Method and system employing strings of opposed gaseous-fluid inflatable tension actuators in jointed arms, legs, beams and columns for controlling their movements
JPH0724772A (ja) 1993-07-08 1995-01-27 Bridgestone Corp マニプレータ装置
JP3288494B2 (ja) * 1993-08-25 2002-06-04 株式会社三共製作所 機械式プレス装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4736692A (en) * 1985-06-20 1988-04-12 Asea Stal Aktiebolag Method of handling fuel
US5351602A (en) * 1992-08-05 1994-10-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Jointed assembly actuated by fluid pressure
CN2241613Y (zh) * 1995-06-07 1996-12-04 中国人民解放军89000部队 一种人工关节驱动器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭60-34288A 1985.02.21
JP昭61-249292A 1986.11.06

Also Published As

Publication number Publication date
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US7555969B2 (en) 2009-07-07
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