JP2002113681A - Robot joint structure - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの腕関節
や指関節等に適用される関節構造に係り、詳細には、小
型且つ簡易な構造で軽快な旋回運動を達成するための改
良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joint structure applied to an arm joint, a finger joint and the like of a robot, and more particularly to an improvement for achieving a light turning motion with a small and simple structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種のロボットの関節構造とし
ては、特開平５−９２３７７号公報に開示されるよう
に、アームを駆動するモータの回転軸を該アームの旋回
運動の中心軸と平行に設けたものが知られている。この
関節構造では、基端側部材である第１アームの先端に先
端側部材である第２アームを旋回自在に軸支して関節部
を構成する一方、この関節部における旋回運動の中心軸
上にモータを設け、かかるモータの回転運動を平歯車等
で構成された減速機構を介して第１アーム若しくは第２
アームに伝達して、モータの回転方向及び回転量に応じ
た旋回運動をこれらアームの間に与えている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a joint structure of a robot of this kind, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-92377, a rotation axis of a motor for driving an arm is parallel to a center axis of a turning motion of the arm. Is provided. In this joint structure, a second arm, which is a distal member, is pivotally supported at the distal end of a first arm, which is a proximal member, to form a joint. The first arm or the second arm is driven by a rotational movement of the motor via a speed reduction mechanism constituted by a spur gear or the like.
By transmitting the rotation to the arms, a turning motion corresponding to the rotation direction and the rotation amount of the motor is given between the arms.
【０００３】この従来の関節構造は、モータの回転軸が
旋回運動の中心軸と平行に設けられていることから、構
造的には非常に簡易なものとなっているが、アームを駆
動するためのモータや減速機構が関節部の外側に大きく
張り出してしまうため、関節部をコンパクトに構成する
ことができない。このため、堅牢さやメインテナンス性
を重視する大型の産業用ロボット等の関節構造としては
適しているものの、メカニカルハンドにおける指構造
等、小型の関節構造には不向きであった。[0003] This conventional joint structure is very simple in structure because the rotation axis of the motor is provided in parallel with the center axis of the turning motion. The motor and the deceleration mechanism greatly protrude outside the joint, so that the joint cannot be made compact. For this reason, it is suitable as a joint structure for a large industrial robot or the like that emphasizes robustness and maintainability, but is not suitable for a small joint structure such as a finger structure in a mechanical hand.
【０００４】一方、その他のロボットの関節構造として
は、特開平１０−２１７１５８号公報に開示されるよう
に、第１アームと第２アームの関節部においてリンク機
構を構成し、このリンク機構を駆動することによって第
１アームに対する第２アームの旋回運動を与えるように
構成したものが知られている。この関節構造では、やは
り基端側の第１アームに対して先端側の第２アームが旋
回自在に軸支されているが、第２アームには該アームと
略平行にねじ軸が設けられており、このねじ軸は第２ア
ームに搭載されたモータによって回転駆動されるように
構成されている。また、上記ねじ軸にはナット部材が螺
合しており、このナット部材には第１アームから延びる
リンクプレートの端部が回転自在に結合している。上記
モータを回転させると、ねじ軸に螺合するナット部材が
該ねじ軸上をモータの回転方向及び回転量に応じて移動
するが、このナット部材には上記リンクプレートの端部
が結合されていることから、ナット部材の移動に応じた
押圧力又は引っ張り力がリンクプレートから第２アーム
に対して作用し、これによって第２アームが第１アーム
に対して旋回運動を生じるようになっている。On the other hand, as another joint structure of a robot, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-217158, a link mechanism is constituted by a joint portion of a first arm and a second arm, and the link mechanism is driven. There is known a configuration in which the rotation of the second arm with respect to the first arm is performed by the rotation. In this joint structure, the second arm on the distal end side is also rotatably supported on the first arm on the proximal end side, and the second arm is provided with a screw shaft substantially parallel to the arm. The screw shaft is configured to be rotationally driven by a motor mounted on the second arm. A nut member is screwed to the screw shaft, and an end of a link plate extending from the first arm is rotatably connected to the nut member. When the motor is rotated, a nut member screwed to the screw shaft moves on the screw shaft in accordance with the rotation direction and the amount of rotation of the motor. The nut member is connected to an end of the link plate. Therefore, a pressing force or a pulling force corresponding to the movement of the nut member acts on the second arm from the link plate, so that the second arm generates a pivotal movement with respect to the first arm. .
【０００５】しかし、このリンク機構を用いた従来の関
節構造においては、第２アームを第１アームに対して旋
回自在に支承する関節部と、第２アームを第１アームに
対して旋回駆動するリンク機構とが、全く別個に構成さ
れているため、各アームが必要以上に大型化してしまう
他、構造が複雑なものとなり、やはりメカニカルハンド
における指構造等、小型の関節構造には不向きであっ
た。However, in a conventional joint structure using this link mechanism, a joint portion that supports the second arm so as to be able to pivot with respect to the first arm, and the second arm that is pivotally driven with respect to the first arm. Since the link mechanism is completely separate, each arm becomes unnecessarily large and the structure becomes complicated, which is also unsuitable for a small joint structure such as a finger structure in a mechanical hand. Was.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、構造が簡単で且つコンパクトに構成することがで
き、メカニカルハンドにおける指関節等に最適なロボッ
トの関節構造を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide a simple and compact structure for a finger joint in a mechanical hand. It is an object of the present invention to provide an optimal joint structure of a robot.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は二つのロボット関節構造を提供するもので
ある。先ず、第１のロボット関節構造は、基端側部材
と、出力軸をこの基端側部材の先端から突出させるよう
にして該基端側部材に収容された回転駆動手段と、自在
継手を介してこの回転駆動手段の出力軸と連結されたね
じ軸と、このねじ軸に螺合したナット部材と、一端が上
記基端側部材に軸支されると共に他端側が上記ナット部
材に軸支され、上記ねじ軸と共にリンク機構を構成し、
かかるねじ軸の回転に応じて旋回運動を行うリンクプレ
ートと、上記ねじ軸を回転自在に支承すると共に上記基
端側部材に対して回り止めがなされた先端側部材とから
構成されることを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention provides two robot joint structures. First, the first robot joint structure includes a base member, a rotation driving means housed in the base member so that the output shaft projects from the distal end of the base member, and a universal joint. A screw shaft connected to the output shaft of the lever rotation driving means, a nut member screwed to the screw shaft, and one end supported by the base member and the other end supported by the nut member. , Constitute a link mechanism together with the screw shaft,
It is characterized by comprising a link plate that performs a turning motion in response to the rotation of the screw shaft, and a distal member that rotatably supports the screw shaft and is prevented from rotating with respect to the proximal member. It is assumed that.
【０００８】この第１のロボット関節構造によれば、上
記ねじ軸とリンクプレートがリンク機構を構成してお
り、ねじ軸の回転に応じてナット部材が移動すると、リ
ンクプレートが基端側部材に軸支された端部を中心とし
て旋回運動を行う。リンクプレートが旋回運動を行う
と、このリンクプレートと共にリンク機構を構成してい
るねじ軸も自在継手を中心として旋回運動を行う。そし
て、ねじ軸は先端側部材に対して回転自在に支承されて
いることから、ねじ軸の旋回運動はそのまま先端側部材
の旋回運動となって表れる。すなわち、ねじ軸の回転に
応じて先端側部材に旋回運動が与えられることになる。
このとき、先端側部材は基端側部材と直接連結されて関
節部を構成しているのではなく、リンク機構を構成する
ねじ軸やリンクプレートを介して基端側部材と旋回運動
自在に連結されている。従って、関節部とリンク機構と
が渾然一体となって構成されており、その分だけ構造を
簡易なものにすることができると共に、関節構造の小型
化を図ることが可能となっている。According to the first robot joint structure, the screw shaft and the link plate constitute a link mechanism, and when the nut member moves in accordance with the rotation of the screw shaft, the link plate becomes the base end member. A swiveling motion is performed about the pivoted end. When the link plate performs a swiveling motion, the screw shaft constituting the link mechanism together with the link plate also performs a swiveling motion about the universal joint. Since the screw shaft is rotatably supported by the distal end member, the turning motion of the screw shaft appears as the turning motion of the distal end member. That is, a turning motion is given to the distal end side member in accordance with the rotation of the screw shaft.
At this time, the distal member is not directly connected to the proximal member to form an articulated portion, but is connected to the proximal member via a screw shaft or a link plate that constitutes a link mechanism so as to be pivotable. Have been. Therefore, the joint part and the link mechanism are integrally formed, so that the structure can be simplified and the joint structure can be reduced in size.
【０００９】また、第２のロボット関節構造は、基端側
部材と、この基端側部材に対して回り止めがなされた先
端側部材と、上記基端側部材に収容された回転駆動手段
と、一端が上記基端側部材によって回転自在に支承され
る一方、他端は上記先端側部材に対して回転且つ揺動自
在に支承され、上記回転駆動手段によって回転させられ
るねじ軸と、このねじ軸に螺合したナット部材と、一端
が上記ナット部材に軸支されると共に他端が上記先端側
部材に軸支され、上記ねじ軸と共にリンク機構を構成
し、かかるねじ軸の回転に応じて旋回運動を行うリンク
プレートとから構成されることを特徴とするものであ
る。The second robot joint structure comprises a base member, a front member which is prevented from rotating with respect to the base member, and a rotation driving means housed in the base member. A screw shaft, one end of which is rotatably supported by the base end member, the other end of which is rotatably and swingably supported by the distal end member, and which is rotated by the rotation driving means; A nut member screwed to the shaft, one end of which is pivotally supported by the nut member and the other end is pivotally supported by the distal end side member, constitutes a link mechanism together with the screw shaft, and in accordance with the rotation of the screw shaft. And a link plate that performs a turning motion.
【００１０】この第２ロボット関節構造においても、上
記ねじ軸とリンクプレートがリンク機構を構成してお
り、ねじ軸の回転に応じてナット部材が移動すると、リ
ンクプレートが先端側部材に軸支された端部を作用点と
して該先端側部材を押し引きすることになる。また、ね
じ軸の一端は先端側部材に対して回転且つ揺動自在に支
承されていることから、リンクプレートが先端側部材を
押し引きすると、先端側部材はねじ軸との連結点を中心
として揺動運動を行う。すなわち、ねじ軸の回転に応じ
て基端側部材に揺動運動が与えられることになる。そし
て、この第２のロボット関節構造においても、このと
き、先端側部材はリンク機構を構成するねじ軸やリンク
プレートを介して基端側部材と連結されていることか
ら、関節部とリンク機構とが渾然一体となって構成され
ており、その分だけ構造を簡易なものにすることができ
ると共に、関節構造の小型化を図ることが可能となって
いる。Also in the second robot joint structure, the screw shaft and the link plate constitute a link mechanism. When the nut member moves in accordance with the rotation of the screw shaft, the link plate is pivotally supported by the distal member. The tip end member is pushed and pulled with the end portion acting as the point of action. Further, since one end of the screw shaft is rotatably and slidably supported with respect to the distal member, when the link plate pushes and pulls the distal member, the distal member pivots around the connection point with the screw shaft. Perform rocking movement. That is, a swinging motion is given to the base end member in accordance with the rotation of the screw shaft. In this second robot joint structure, at this time, the distal member is connected to the proximal member via a screw shaft or a link plate constituting the link mechanism. Are integrally formed, so that the structure can be simplified and the joint structure can be reduced in size.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
のロボット関節構造を詳細に説明する。図１は本発明を
適用したメカニカルハンドのフィンガ構造の第１実施例
を示すものである。このロボットフィンガ１は３つの関
節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有しており、各関節がモータの回
転に応じて自在に屈曲するように構成されている。図中
の実線は各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を曲げた状態を示すも
のであり、二点鎖線は各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を延ばし
た状態を示すものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a robot joint structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a finger structure of a mechanical hand to which the present invention is applied. The robot finger 1 has three joints C1, C2, and C3, and each joint is configured to bend freely according to rotation of a motor. The solid line in the figure shows a state where each joint C1, C2, C3 is bent, and the two-dot chain line shows a state where each joint C1, C2, C3 is extended.
【００１２】このロボットフィンガ１は、第１関節Ｃ１
を介してメカニカルハンドの本体１０に連結された第１
フィンガ２０と、第２関節Ｃ２を介して第１フィンガ２
０に連結された第２フィンガ３０と、第３関節Ｃ３を介
して第２フィンガ３０に連結された先端フィンガ４０と
から構成されており、各関節Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に本発明
の構造が適用されている。メカニカルハンド本体１０に
は第１関節モータ１１が収容されており、かかる第１関
節モータ１１の出力軸１２の先端がメカニカルハンド本
体１０から突出している。この第１関節モータ１１は図
示外のコントローラから送出される駆動信号に従って動
作するステッピングモータであり、駆動信号の周波数や
送出されるパルス数に従って正逆両方向へ所定の速度で
所定量だけ回転する。The robot finger 1 has a first joint C1
1 connected to the main body 10 of the mechanical hand through
Finger 20 and first finger 2 through second joint C2
0, and a tip finger 40 connected to the second finger 30 via the third joint C3, and the structure of the present invention is applied to each of the joints C1, C2, and C3. Have been. A first joint motor 11 is housed in the mechanical hand main body 10, and a tip of an output shaft 12 of the first joint motor 11 projects from the mechanical hand main body 10. The first joint motor 11 is a stepping motor that operates according to a drive signal transmitted from a controller (not shown), and rotates by a predetermined amount at a predetermined speed in both forward and reverse directions according to the frequency of the drive signal and the number of pulses transmitted.
【００１３】一方、メカニカルハンド本体１０と連結さ
れる第１フィンガ２０は略円筒状に形成されており、そ
の内部には第１関節Ｃ１を動かすための第１ねじ軸１３
及び第２関節Ｃ２を駆動するための第２関節モータ２１
が収容されている。第１ねじ軸１３はその両端が第１フ
ィンガ２０のフランジ部に対して回転自在に支承される
と共に、自在軸継手１４を介してメカニカルハンド本体
１０側の第１関節モータ１１に結合しており、メカニカ
ルハンド本体１０に対する第１フィンガ２０の屈曲状態
の如何に関わらず、第１関節モータ１１の出力軸１２の
回転が第１ねじ軸１３に伝達されるようになっている。
尚、図１は第１ねじ軸１３の自在軸継手１４側の端部を
支承するフランジ部を省略して描いてある。On the other hand, the first finger 20 connected to the mechanical hand main body 10 is formed in a substantially cylindrical shape, and has therein a first screw shaft 13 for moving the first joint C1.
And a second joint motor 21 for driving the second joint C2
Is housed. Both ends of the first screw shaft 13 are rotatably supported on the flange portion of the first finger 20, and are connected to the first joint motor 11 of the mechanical hand body 10 via a universal joint 14. The rotation of the output shaft 12 of the first joint motor 11 is transmitted to the first screw shaft 13 regardless of the bending state of the first finger 20 with respect to the mechanical hand main body 10.
FIG. 1 omits a flange portion for supporting an end of the first screw shaft 13 on the universal joint 14 side.
【００１４】図２に示すように、上記第１ねじ軸１３の
外周面には所定のリード長で螺旋状にボール転動溝１３
ａが形成されており、この第１ねじ軸１３には多数のボ
ール（図示せず）を介してナット部材１５が螺合してい
る。ナット部材１５は上記ボールの無限循環路を備えて
おり、第１ねじ軸１３が回転すると、かかるナット部材
１５が第１ねじ軸１３上をその軸方向に沿って無限に移
動し得るようになっている。図２中の符号１５ａは上記
無限循環路を構成するためのボール戻しパイプであり、
ボールはこのボール戻しパイプ１５ａ内を転動し、ねじ
軸１３のボール転動溝１３ａを数巻分だけ飛び越えて元
の位置へ戻るようになっている。すなわち、これら第１
ねじ軸１３とナット部材１５はボールねじを構成してい
る。このようなボールねじにおいては、ねじ軸１３の回
転運動が該ねじ軸１３のボール転動溝のリード長に応じ
てナット部材１５の直線運動に変換されることから、か
かるねじ軸１３のリード長を適宜選択することにより、
第１関節モータ１１から取り出された回転運動の減速比
を任意に調整することができる。As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the first screw shaft 13 has a predetermined lead length and is spirally formed with ball rolling grooves 13.
The nut member 15 is screwed to the first screw shaft 13 via a number of balls (not shown). The nut member 15 has an infinite circulation path of the ball. When the first screw shaft 13 rotates, the nut member 15 can move infinitely on the first screw shaft 13 along the axial direction. ing. Reference numeral 15a in FIG. 2 is a ball return pipe for constituting the infinite circulation path,
The ball rolls in the ball return pipe 15a, jumps over the ball rolling groove 13a of the screw shaft 13 by several turns, and returns to the original position. That is, these first
The screw shaft 13 and the nut member 15 constitute a ball screw. In such a ball screw, the rotational movement of the screw shaft 13 is converted into the linear movement of the nut member 15 in accordance with the lead length of the ball rolling groove of the screw shaft 13. By selecting as appropriate,
The reduction ratio of the rotational movement taken out of the first joint motor 11 can be arbitrarily adjusted.
【００１５】また、ナット部材１５とメカニカルハンド
本体１０との間にはリンクプレート１６が設けられてい
る。図３に示すように、このリンクプレート１６は２本
のロッド１６ａを桁１６ｂで連結して梯子状に形成され
ており、各ロッド１６ａの一端はメカニカルハンド本体
１０１に対し一対の支軸１７を介して夫々結合されてい
る。従って、かかるリンクプレート１６はこれらの支軸
１７を中心として図１の紙面と平行な面内でのみ旋回運
動し得るようになっている。この支軸１７は第１関節モ
ータ１１の出力軸から離間した位置でメカニカルハンド
本体１０に連結されている。一方、上記ロッド１６ａの
他端は上記ナット部材１５に対し支軸１８を介して夫々
結合されており、ねじ軸１３上におけるナット部材１８
の位置に応じ、リンクプレート１６とねじ軸１３との形
成する角度が自由に変化し得るように構成されている。
従って、この第１関節Ｃ１では上記支軸１７，１８及び
自在継手１４を節としたリンク機構が構成されているこ
とになる。この実施例において、上記支軸１８はボルト
であり、ナット部材１５の側面に形成されたタップ孔１
５ｂ（図２参照）に螺合して上記リンクプレート１６を
ナット部材１５と結合するようになっている。尚、図３
中の符号１８ａはボルト１８の緩みを防止するためのス
プリングワッシャである。A link plate 16 is provided between the nut member 15 and the mechanical hand body 10. As shown in FIG. 3, the link plate 16 is formed in a ladder shape by connecting two rods 16 a with a spar 16 b, and one end of each rod 16 a connects a pair of support shafts 17 to the mechanical hand body 101. Are connected to each other. Therefore, the link plate 16 can be swiveled about these support shafts 17 only in a plane parallel to the plane of FIG. The support shaft 17 is connected to the mechanical hand main body 10 at a position separated from the output shaft of the first joint motor 11. On the other hand, the other end of the rod 16a is connected to the nut member 15 via a support shaft 18, respectively.
, The angle formed by the link plate 16 and the screw shaft 13 can be freely changed.
Therefore, the first joint C1 constitutes a link mechanism including the support shafts 17, 18 and the universal joint 14 as nodes. In this embodiment, the support shaft 18 is a bolt, and the tapped hole 1 formed on the side surface of the nut member 15.
5b (see FIG. 2) to connect the link plate 16 to the nut member 15. FIG.
Reference numeral 18a in the middle is a spring washer for preventing the bolt 18 from being loosened.
【００１６】また、上記自在継手１４としては、例えば
図４に示すようなこま形自在軸継手（ＪＩＳ Ｂ１４５
４）を用いることが可能である。こま形自在軸継手１４
は、二股のアーム１４ｂが形成された一対の継手本体１
４ａと、互い違いに組み合わされた４本のアーム１４ｂ
の間に挟み込まれるこま１４ｃと、各継手本体１４ａの
アーム１４ｂと上記こま１４ｃとを貫通して十字形に組
み合わされる２本のピン１４ｄとから構成されており、
各ピン１４ｄを中心として継手本体１４ａが上記こま１
４ｃと揺動自在に結合している。そして、一方の継手本
体１４ａには第１関節モータ１１の出力軸１２が結合さ
れ、他方の継手本体１４ａには上記ねじ軸１３が結合さ
れている。The universal joint 14 is, for example, a top adjustable universal joint (JIS B145) as shown in FIG.
4) can be used. Top type universal shaft coupling 14
Is a pair of joint bodies 1 formed with a bifurcated arm 14b.
4a and four arms 14b staggered
And a pair of pins 14d penetrating through the arm 14b of each joint body 14a and the frame 14c and being combined in a cross shape.
The joint body 14a is centered on each pin 14d,
4c. The output shaft 12 of the first joint motor 11 is connected to one joint body 14a, and the screw shaft 13 is connected to the other joint body 14a.
【００１７】また、メカニカルハンド本体１０と第１フ
ィンガ２０との間には伸縮自在な蛇腹状のカバー体１９
が設けられ、第１関節Ｃ１の自在軸継手１４及びリンク
プレート１６を外部雰囲気から被覆している。このカバ
ー体１９の両端開口はメカニカルハンド本体１０及び第
１フィンガ２０の双方に夫々固定されており、第１フィ
ンガ２０がねじ軸１３に連れ回されて回転するのを防止
する回り止めとしても機能している。An elastic bellows-like cover 19 is provided between the mechanical hand body 10 and the first finger 20.
Is provided to cover the universal joint 14 and the link plate 16 of the first joint C1 from the external atmosphere. Openings at both ends of the cover body 19 are fixed to both the mechanical hand body 10 and the first finger 20, respectively, and also function as a detent for preventing the first finger 20 from being rotated by the screw shaft 13. are doing.
【００１８】このような第１関節Ｃ１の構造では、第１
関節モータ１１の出力軸１２が回転すると、その回転が
自在軸継手１４を介してねじ軸１３に伝達され、かかる
ねじ軸１３の回転方向及び回転量に応じてナット部材１
５が該ねじ軸１３上を移動する。ねじ軸１３及びリンク
プレート１６は上記支軸１７，１８及び自在継手１４を
節としたリンク機構を構成していることから、ナット部
材１５がねじ軸１３上を移動すると、リンクプレート１
６に対して圧縮力又は引っ張り力が作用し、上記ねじ軸
１３がリンクプレート１６によって押し引きされること
になる。これにより、ねじ軸１３は自在軸継手１４を中
心とした旋回運動を行い、ねじ軸１３を回転自在に支承
した第１フィンガ２０もねじ軸１３と一体となって旋回
運動を行う。自在軸継手１４それ自体はねじ軸１３の旋
回運動の方向を規制するものではないが、上記リンクプ
レート１６は図１の紙面と平行な面内でのみ旋回運動を
なし得るようにメカニカルハンド本体１０と連結されて
いることから、ねじ軸１３の運動方向もこれによって拘
束され、やはり図１の紙面と平行な面内でのみ旋回運動
をなし得る。例えば、ねじ軸１３の回転によってナット
部材１５が自在軸継手１４から離間する方向へ移動する
場合、リンクプレート１６に対しては引っ張り力が作用
し、第１フィンガ２０はねじ軸１３と共に矢線Ａ方向へ
旋回運動を行う。また、ねじ軸１３の回転によってナッ
ト部材１５が自在軸継手１４と近接する方向へ移動する
場合は、リンクプレート１６に対して圧縮力が作用し、
第１フィンガ２０はねじ軸１３と共に矢線Ｂ方向へ旋回
運動を行う。In such a structure of the first joint C1, the first joint C1
When the output shaft 12 of the joint motor 11 rotates, the rotation is transmitted to the screw shaft 13 via the universal joint 14, and the nut member 1 is rotated according to the rotation direction and the rotation amount of the screw shaft 13.
5 moves on the screw shaft 13. Since the screw shaft 13 and the link plate 16 constitute a link mechanism including the support shafts 17 and 18 and the universal joint 14 as nodes, when the nut member 15 moves on the screw shaft 13, the link plate 1
A compressive force or a tensile force acts on 6, and the screw shaft 13 is pushed and pulled by the link plate 16. As a result, the screw shaft 13 performs a turning motion about the universal joint 14, and the first finger 20 that rotatably supports the screw shaft 13 also performs a turning motion integrally with the screw shaft 13. The universal joint 14 itself does not restrict the direction of the turning movement of the screw shaft 13, but the link plate 16 can make the turning movement only in a plane parallel to the plane of FIG. Therefore, the direction of movement of the screw shaft 13 is also restrained by this, so that the screw shaft 13 can make a pivoting movement only in a plane parallel to the plane of FIG. For example, when the nut member 15 moves in a direction away from the universal joint 14 by the rotation of the screw shaft 13, a pulling force acts on the link plate 16, and the first finger 20 and the screw shaft 13 move together with the arrow A. Make a turning motion in the direction. When the nut member 15 moves in the direction approaching the universal joint 14 due to the rotation of the screw shaft 13, a compressive force acts on the link plate 16,
The first finger 20 makes a revolving motion in the direction of the arrow B together with the screw shaft 13.
【００１９】上記第２関節Ｃ２及び第３関節Ｃ３にも第
１関節Ｃ１と同一の構造が適用されている。すなわち、
第１フィンガ２０の第２関節Ｃ２側の端部には第２関節
モータ２１が収容されており、かかる第２関節モータ２
１の出力軸２２の先端が第１フィンガ２０から突出して
いる。また、第１フィンガ２０と連結される第２フィン
ガ３０も第１フィンガと同様に略円筒状に形成されてお
り、その内部には第２関節Ｃ２を動かすための第２ねじ
軸２３及び第３関節Ｃ３を駆動するための第３関節モー
タ３１が収容されている。第２ねじ軸２３は自在軸継手
２４を介して第１フィンガ２０側の第２関節モータ２１
に結合しており、第２関節モータ２１の出力軸２２の回
転が第２ねじ軸２３に伝達されると、この第２ねじ軸２
３に螺合したナット部材２５が該ねじ軸２３に沿って移
動するようになっている。また、ナット部材２５と第１
フィンガ２０との間にはリンクプレート２６が設けられ
ており、かかるリンクプレート２６は支軸２７を中心と
して図１の紙面と平行な面内でのみ旋回運動をなし、ナ
ット部材２５の運動に追従し得るようになっている。
尚、符号２９は第１フィンガ２０と第２フィンガ３０と
の間で自在軸継手２４及びリンクプレート２６を覆うカ
バー体である。The same structure as that of the first joint C1 is applied to the second joint C2 and the third joint C3. That is,
A second joint motor 21 is housed at an end of the first finger 20 on the side of the second joint C2.
The tip of one output shaft 22 protrudes from the first finger 20. The second finger 30 connected to the first finger 20 is also formed in a substantially cylindrical shape like the first finger, and has a second screw shaft 23 and a third screw shaft 23 for moving the second joint C2 therein. A third joint motor 31 for driving the joint C3 is housed. The second screw shaft 23 is connected to the second joint motor 21 on the first finger 20 side via a universal joint 24.
When the rotation of the output shaft 22 of the second joint motor 21 is transmitted to the second screw shaft 23, the second screw shaft 2
The nut member 25 screwed to 3 moves along the screw shaft 23. Also, the nut member 25 and the first
A link plate 26 is provided between the finger 20 and the link plate 26. The link plate 26 pivots only around a support shaft 27 in a plane parallel to the plane of FIG. 1 and follows the movement of the nut member 25. It is possible to do.
Reference numeral 29 denotes a cover that covers the universal joint 24 and the link plate 26 between the first finger 20 and the second finger 30.
【００２０】一方、第２フィンガ３０の第３関節Ｃ３側
の端部には第３関節モータ３１が収容されており、かか
る第３関節モータ３１の出力軸３２の先端が第２フィン
ガ３０から突出している。また、第２フィンガ３０と連
結される先端フィンガ４０は先細りの円錐状に形成され
ており、その内部には第３関節Ｃ３を動かすための第３
ねじ軸３３が収容されている。第３ねじ軸３３は自在軸
継手３４を介して第２フィンガ３０側の第３関節モータ
３１に結合しており、第３関節モータ３１の出力軸３２
の回転が第３ねじ軸３３に伝達されると、この第３ねじ
軸３３に螺合したナット部材３５が該ねじ軸３３に沿っ
て移動するようになっている。また、ナット部材３５と
第２フィンガ３０との間にはリンクプレート３６が設け
られており、かかるリンクプレート３６は支軸３７を中
心として図１の紙面と平行な面内でのみ旋回運動をな
し、ナット部材３５の運動に追従し得るようになってい
る。尚、符号３９は第２フィンガ３０と先端フィンガ４
０との間で自在軸継手３４及びリンクプレート３６を覆
うカバー体である。On the other hand, a third joint motor 31 is housed at the end of the second finger 30 on the third joint C3 side, and the tip of the output shaft 32 of the third joint motor 31 projects from the second finger 30. ing. The tip finger 40 connected to the second finger 30 is formed in a tapered conical shape, and has therein a third finger for moving the third joint C3.
The screw shaft 33 is housed. The third screw shaft 33 is connected to the third joint motor 31 on the second finger 30 side via a universal joint 34, and the output shaft 32 of the third joint motor 31.
Is transmitted to the third screw shaft 33, the nut member 35 screwed to the third screw shaft 33 moves along the screw shaft 33. Further, a link plate 36 is provided between the nut member 35 and the second finger 30, and the link plate 36 makes a pivoting motion about the support shaft 37 only in a plane parallel to the plane of FIG. 1. , Can follow the movement of the nut member 35. Reference numeral 39 denotes the second finger 30 and the tip finger 4.
A cover body that covers the universal joint 34 and the link plate 36 between 0 and 0.
【００２１】そして、これら第２関節Ｃ２及び第３関節
Ｃ３においても、第２関節モータ２１及び第３関節モー
タ３１を任意の方向へ、任意の量だけ回転させることに
より、第２フィンガ３０及び先端フィンガ４０に対して
自在軸継手２４，３４を中心とした任意の方向の旋回運
動を与えることができるものである。この実施例のロボ
ットフインガ１においては、第２フィンガ３０が第１フ
ィンガ２０よりも小さく、先端フィンガ４０が第２フィ
ンガ３０よりも小さく形成されており、全体として人間
の指に模した形状を有している。従って、コントローラ
によって第１関節モータ１１、第２関節モータ２１及び
第３関節モータ３１の回転方向、回転量及び回転速度を
適宜調整することにより、人間の指に類似した動きをこ
のロボットフィンガ１に与えることも可能となる。In the second joint C2 and the third joint C3, the second joint motor 21 and the third joint motor 31 are rotated in an arbitrary direction by an arbitrary amount, so that the second finger 30 and the tip The finger 40 can be given a swiveling motion in any direction about the universal joints 24 and 34. In the robot finger 1 of this embodiment, the second finger 30 is formed smaller than the first finger 20 and the tip finger 40 is formed smaller than the second finger 30, and has a shape imitating a human finger as a whole. Have. Therefore, by appropriately adjusting the rotation direction, the rotation amount, and the rotation speed of the first joint motor 11, the second joint motor 21, and the third joint motor 31 by the controller, a motion similar to a human finger is performed on the robot finger 1. It is also possible to give.
【００２２】図５は本発明を適用したフィンガ構造の第
２実施例を示すものであり、第１フィンガ２０と第２フ
ィンガ３０の連結部を拡大して示している。この第２実
施例のフィンガ構造では、ねじ軸２３の一端が基端側部
材としての第１フィンガ２０によって回転自在に支承さ
れており、かかるねじ軸２３は第１フィンガ２０に収容
された第２関節モータ２１によって直接に回転駆動され
るようになっている。また、ねじ軸２３の他端はボール
ジョイント等の継手５０を介し、先端側部材としての第
２フィンガ３０に対して回転且つ揺動自在に連結されて
おり、第２フィンガ３０は上記継手５０を中心として第
１フィンガ２０に対して揺動自在に設けられている。更
に、リンクプレート２６がねじ軸２３に螺合したナット
部材２５と第２フィンガ３０とを連結しており、かかる
リンクプレート２６はナット部材２５及び第２フィンガ
３０の双方に対して軸支されている。そして、第１フィ
ンガ２０と第２フインガ３０の間には伸縮自在なカバー
体２９が設けられ、このカバー体２９が第１フィンガ２
０に対する第２フィンガ３０の回り止めを果たしてい
る。FIG. 5 shows a second embodiment of the finger structure to which the present invention is applied, in which the connecting portion between the first finger 20 and the second finger 30 is enlarged. In the finger structure of the second embodiment, one end of the screw shaft 23 is rotatably supported by the first finger 20 as a base member, and the screw shaft 23 is accommodated in the second finger housed in the first finger 20. The rotary motor is directly driven by the joint motor 21. Further, the other end of the screw shaft 23 is rotatably and swingably connected to a second finger 30 as a distal end side member via a joint 50 such as a ball joint. The first finger 20 is swingably provided as a center with respect to the first finger 20. Further, a link plate 26 connects the nut member 25 screwed to the screw shaft 23 and the second finger 30, and the link plate 26 is pivotally supported by both the nut member 25 and the second finger 30. I have. An extendable cover 29 is provided between the first finger 20 and the second finger 30, and the cover 29 is attached to the first finger 2.
The rotation of the second finger 30 with respect to 0 is prevented.
【００２３】このため、第１フィンガ２０に収容された
第２関節モータ２１を回転させてねじ軸２３に回転を与
えると、このねじ軸２３に螺合するナット部材２５がね
じ軸２３上を移動し、ナット部材２５に軸支されたリン
クプレート２６が第２フィンガ３０を押し引きすること
になる。第２フィンガ３０はねじ軸２３の一端に対して
揺動自在にされていることから、リンクプレート２６及
びねじ軸２３が第２フィンガ３０と相まってリンク機構
を構成していることになり、リンクプレート２６がナッ
ト部材２５の移動によって押し引きされると、第２フィ
ンガ３０がねじ軸２３との連結点である継手５０を介し
て旋回運動を行うことになる。つまり、第１実施例のフ
ィンガ構造と同様、関節モータ２１を回転させることで
先端側フィンガ３０を基端側フィンガ２０に対して動か
すことができる。Therefore, when the second joint motor 21 accommodated in the first finger 20 is rotated to give a rotation to the screw shaft 23, the nut member 25 screwed to the screw shaft 23 moves on the screw shaft 23. Then, the link plate 26 pivotally supported by the nut member 25 pushes and pulls the second finger 30. Since the second finger 30 is swingable with respect to one end of the screw shaft 23, the link plate 26 and the screw shaft 23 together with the second finger 30 constitute a link mechanism, and the link plate When the nut 26 is pushed and pulled by the movement of the nut member 25, the second finger 30 makes a turning motion via the joint 50 which is a connection point with the screw shaft 23. That is, similarly to the finger structure of the first embodiment, the distal finger 30 can be moved relative to the proximal finger 20 by rotating the joint motor 21.
【００２４】尚、前記第１及び第２実施例ではメカニカ
ルハンドのフィンガ部に本発明の関節構造を適用した例
を説明してきたが、本発明はこれに限らず、例えばメカ
ニカルハンドを所定の位置に送り込むためのロボットア
ームの関節構造にも適用することが可能である。In the first and second embodiments, an example in which the joint structure of the present invention is applied to the finger portion of the mechanical hand has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the mechanical hand may be moved to a predetermined position. It can also be applied to the joint structure of a robot arm for feeding into a robot arm.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のロボ
ット関節構造によれば、ねじ軸の回転に応じて旋回運動
を与えられる先端側部材が基端側部材と直接連結されて
おらず、リンク機構を構成するねじ軸やリンクプレート
を介して基端側部材と旋回運動自在に連結されているの
で、関節部をリンク機構と別個に具備しない分だけその
構造を簡易なものにすることができると共に、関節構造
のコンパクト化を図ることが可能である。このため、メ
カニカルハンドにおける指関節等、小型化が要求される
部位のロボット関節構造に最適である。As described above, according to the robot joint structure of the present invention, the distal member which is given a turning motion in accordance with the rotation of the screw shaft is not directly connected to the proximal member. Since it is pivotally connected to the base end member via the screw shaft and link plate that constitute the link mechanism, it is possible to simplify the structure because the joint is not provided separately from the link mechanism. It is possible to make the joint structure compact as well as possible. For this reason, it is most suitable for a robot joint structure of a part where miniaturization is required, such as a finger joint in a mechanical hand.
【図１】 本発明を適用したロボットフィンガの第１実
施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a robot finger to which the present invention is applied.
【図２】 第１実施例に係るボールねじ装置を示す側面
図及びそのＦ−Ｆ矢視図である。FIG. 2 is a side view showing the ball screw device according to the first embodiment, and its FF view.
【図３】 第１実施例に係る第１関節の詳細を示す斜視
図である。FIG. 3 is a perspective view showing details of a first joint according to the first embodiment.
【図４】 第１実施例に係る自在軸継手を示す断面図で
ある。FIG. 4 is a sectional view showing a universal shaft coupling according to the first embodiment.
【図５】 本発明を適用したロボットフィンガの第２実
施例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the robot finger to which the present invention is applied.
１…ロボットフィンガ、１０…メカニカルハンド本体
（基端側部材）、１１…第１関節モータ（回転駆動手
段）、１３…第１ねじ軸、１４…自在軸継手、１５…ナ
ット部材、１６…リンクプレート、１９…カバー体、２
０…第１フィンガ（先端側部材）DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot finger, 10 ... Mechanical hand main body (proximal member), 11 ... 1st joint motor (rotation drive means), 13 ... 1st screw shaft, 14 ... Universal joint, 15 ... Nut member, 16 ... Link Plate, 19 ... cover body, 2
0: First finger (tip member)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C150 CA01 CA04 DA27 DA28 EH07 EH08 EH12 EH22 EH23 EH24 3C007 AS00 CX01 CY36 HS27 HT11 HT19 MT03 WA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2C150 CA01 CA04 DA27 DA28 EH07 EH08 EH12 EH22 EH23 EH24 3C007 AS00 CX01 CY36 HS27 HT11 HT19 MT03 WA03
Claims (4)
の先端から突出させるようにして該基端側部材に収容さ
れた回転駆動手段と、自在継手を介してこの回転駆動手
段の出力軸と連結されたねじ軸と、このねじ軸に螺合し
たナット部材と、一端が上記基端側部材に軸支されると
共に他端側が上記ナット部材に軸支され、上記ねじ軸と
共にリンク機構を構成し、かかるねじ軸の回転に応じて
旋回運動を行うリンクプレートと、上記ねじ軸を回転自
在に支承すると共に上記基端側部材に対して回り止めが
なされた先端側部材とから構成されることを特徴とする
ロボット関節構造。1. A base member, a rotation drive unit housed in the base member such that an output shaft protrudes from a distal end of the base member, and the rotation drive unit via a universal joint. A screw shaft connected to the output shaft of the above, a nut member screwed to the screw shaft, and one end is supported by the base member and the other end is supported by the nut member, together with the screw shaft. The link mechanism is composed of a link plate that performs a turning motion in response to the rotation of the screw shaft, and a distal member that rotatably supports the screw shaft and is prevented from rotating with respect to the proximal member. A robot joint structure characterized by being constituted.
回り止めがなされた先端側部材と、上記基端側部材に収
容された回転駆動手段と、一端が上記基端側部材によっ
て回転自在に支承される一方、他端は上記先端側部材に
対して回転且つ揺動自在に支承され、上記回転駆動手段
によって回転させられるねじ軸と、このねじ軸に螺合し
たナット部材と、一端が上記ナット部材に軸支されると
共に他端が上記先端側部材に軸支され、上記ねじ軸と共
にリンク機構を構成し、かかるねじ軸の回転に応じて旋
回運動を行うリンクプレートとから構成されることを特
徴とするロボット関節構造。2. A proximal member, a distal member which is prevented from rotating with respect to the proximal member, a rotation driving means housed in the proximal member, and one end of which is the proximal member. The other end is rotatably supported by the tip side member so as to be rotatable and swingable, and a screw shaft rotated by the rotation driving means, and a nut member screwed to the screw shaft. And a link plate, one end of which is pivotally supported by the nut member and the other end of which is pivotally supported by the distal end side member, constitutes a link mechanism together with the screw shaft, and performs a turning motion in accordance with the rotation of the screw shaft. A robot joint structure characterized by being constituted.
伸縮自在なカバー体が設けられ、このカバー体が先端側
部材の基端側部材に対する回り止めをなしていることを
特徴とする請求項１又は２記載のロボット関節構造。3. An elastic cover body is provided between the base member and the distal member, and the cover member prevents the distal member from rotating with respect to the base member. The robot joint structure according to claim 1 or 2, wherein
ル転動溝を有する一方、上記ナット部材は無限循環する
多数のボールを介して上記ねじ軸に螺合していることを
特徴とする請求項１又は２記載のロボット関節構造。4. The screw shaft has a helical ball rolling groove on the outer peripheral surface thereof, and the nut member is screwed to the screw shaft via a number of balls circulating infinitely. The robot joint structure according to claim 1 or 2, wherein
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