JP2003089090A - 多関節アーム機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多関節の各アームの重量に対して一定張力で
抗することにより、アームの駆動負荷を軽減することが
できる多関節アーム機構を提供する。 【解決手段】 平行四辺形を形成する位置に設けた4つ
の水平軸(z,y,p,q)を有する平行リンク機構(Pi)を連結
し、各平行リンク機構は、主リンク(39)及び副リンク(4
0)と、第1フレーム部材(A)及び第2フレーム部材(B)とか
らなり、第2フレーム部材(B)に対し連結すべき平行リン
ク機構の第1フレーム部材(A)を垂直回転軸(a)廻りに回
転可能に取付け、主リンク(39)の一方の端部に、第1プ
ーリ(35)を備え、他方の端部に第2プーリ(36)を備え、
第1及び第2プーリ(35,36)に順次ワイヤ(37)を巻き掛
け、ワイヤの端部を張力生成手段(41)に連結し、各第2
プーリは、同軸上に配置した径の異なる2段のプーリで
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット等
に利用される多関節アーム機構に関し、特にアームの自
重補償機構を備えた多関節アーム機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のマニュピレータやロボットアーム
等の多関節アームは、そのアームの節数が増加するに従
って自重が増加し、その根元の関節において、動作を実
現するための強度や駆動力に物理的限界が生じ、節数を
増加させることが困難であった。これを解消するため
に、図１９に示すように、自重に抗する力を発生させ、
アームにかかる負担を軽減させる自重補償機構が開発さ
れた。

【０００３】この自重補償機構では、アームの自重に抗
する力をばねの張力により生成してアーム関節駆動に必
要なトルクを軽減させるものである。図では、Ｗは機構
先端にかかる負荷、ＦはＷを補償するための弾性力、Ｔ
はＦによって生み出されるトルクを示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
１９の自重補償機構を備えたアーム構造では、自重に対
する抗力を生成するためのばねの重量がかなり大きくな
るため、アーム自身の重量が増加し、アームにかかる自
重の増加の解消という本来の目的が充分達成されない。
さらに、ばね自身がアームの可動範囲を制約するという
問題を生じる。

【０００５】また、特に多関節アームとした場合、ある
アームのばねが生成すべき補償力はそのアームより先端
側のアームの姿勢により変化するため、一定のばね張力
で自重を補償することができず、実用的に利用できる構
造ではなかった。

【０００６】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、アームの可動範囲を制約することなく簡単な構造
を用いて、多関節の各アームに対して力学的に連結した
ワイヤ張力を利用することにより、アームの駆動負荷を
軽減することができる多関節アーム機構の提供を目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の原理を図１〜図５を参照して以下に説明す
る。図１は、本発明に係る多関節アーム機構に適用され
る平行４節リンクからなる自重補償機構の基本構成図で
ある。地面あるいはベース等の固定部３０にフレーム３
１が固定される。このフレーム３１に、平行四辺形を形
成する４ヵ所の位置に設けた水平軸３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄを有する平行リンク３３が備わる。下辺側
のリンク部材３４の両端にそれぞれ第１プーリ３５およ
び第２プーリ３６が回転可能に装着され、両プーリ３
５，３６間に渡ってワイヤ３７が巻き掛けられる。ワイ
ヤ３７の端部は荷重Ｗの支持部材に固定される。６１は
このワイヤ固定点を示す。

【０００８】平行リンク３３の右端部に荷重Ｗが作用す
る。ワイヤ３７に張力Ｆを加えることにより、荷重Ｗに
抗するトルクＴを支点（水平軸３２ａ）に発生させる。
これにより、荷重Ｗに抗してアームを支点廻りに回転動
作させるためのトルクが軽減できる。

【０００９】図２は、図１の自重補償機構のワイヤ張力
の説明図である。上記図１の荷重Ｗに対応したワイヤ張
力Ｆは図２の梃子の原理で求めることができる。梃子が
静止しているとき、支点３８（図１の水平軸３２ａ）廻
りのモーメントの釣り合いによりＦ₁Ｌ₁＝Ｆ₂Ｌ₂が成立
する。このＦ₁がワイヤ張力Ｆに対応する。

【００１０】図３は、上記平行リンク３３を直列に連結
した多関節アーム機構を示す。共通のワイヤ３７の端部
をアーム先端の平行リンク３３の第１プーリ３５に固定
し、ここから第２プーリ３６を介して下段に順次連結さ
れた各第１及び第２プーリ３５，３６に順次連続して巻
き掛けられ、根元の平行リンク３３の第２プーリ３６介
して荷重Ｗに抗する張力Ｆが付与される。

【００１１】しかしながら、図３の構造では、各節の平
行アーム３３の重量が順次下段の節に付加されるため、
各節で自重補償するために必要なワイヤの張力が異なっ
てくる。このため、ワイヤ３７の終端で一定の張力Ｆを
付与した場合、各節においてその節にかかる荷重をバラ
ンスさせることができない。

【００１２】ワイヤ３７に付与した一定張力により多関
節アームの各節で重量をバランスさせるためには、各節
において張力をその節にかかる荷重に対応して変換しな
ければならない。

【００１３】図４は、このような張力変換機構の原理説
明図である。この例は、同軸上に設けた径の異なる２つ
のプーリ（大径プーリ３６ａ及び小径プーリ３６ｂ）に
より、前述の第２プーリ３６を構成したものである。こ
のとき、ｆ₁Ｒ₁＝ｆ₂Ｒ₂が成立する。このような２段プ
ーリ構造を用いて、大径プーリ３６ａに巻き掛けたワイ
ヤを小径プーリ３６ｂに移し代えて巻き掛けることによ
り、大径プーリ側のワイヤにかかる張力Ｆ１を変換して
小径プーリ側のワイヤの張力をＦ２とすることができ
る。

【００１４】図５は、上記図４の２段プーリによる張力
変換機構を備えた多関節アーム機構の構成図である。図
示したように、複数段（この例では３段）に連結した各
平行リンク３３の下辺リンク部材３４の根元側端部に図
４の２段プーリを構成する大径プーリ３６ａ及び小径プ
ーリ３６ｂが装着される。ワイヤ３７は、各平行リンク
３３の第１プーリ３５から第２プーリ３６の大径プーリ
３６ａに巻き掛けられてから小径プーリ３６ｂに移し変
えられる。続いてこの小径プーリ３６ｂから下段側の平
行リンク３３の第１プーリ３５に巻き掛けられ、同様に
順次連続して巻き掛けられ根元の第２プーリ３６から張
力生成機構（不図示）に連結される。

【００１５】これにより、根元の平行リンク３３に所定
の張力を付与することにより、上段側の各平行リンクに
おいてそれぞれ張力をその平行リンクに作用する荷重に
応じてバランスさせることができる。図の例では、先端
の平行リンクの第２プーリ３６において、前述の図４に
示したように、荷重Ｗに対応した大径プーリ３６ａ側の
張力Ｆ１を変換して小径プーリ３６ｂ側で平行リンクの
重量分が付加された張力Ｆ２が得られる。その下段側で
は、同様にこの張力Ｆ２を変換して平行リンクの重量分
が付加された張力Ｆ３を得ることができる。同様に順次
下段側で平行リンクの重量分が付加された張力にバラン
スするように張力を変換することができる。

【００１６】図６は、上記張力変換機構を備えた本発明
に係る多関節アーム機構の基本構成図である。すなわ
ち、本発明の請求項１では、垂直回転軸（ａ）とその垂
直回転軸（ａ）に対して角度（θ）をなす線上で距離
（ｒ）の２点に２つの水平回転軸の軸受け（ｂ，ｃ）を
有する第１フレーム部材（Ａ）と、この第１フレーム部
材（Ａ）と対をなして同じ距離（ｒ）を隔てた２つの水
平回転軸の軸受け（ｄ，ｅ）を有する第２フレーム部材
（Ｂ）と、両端に水平回転軸（ｘ，ｙ）を有し、さらに
一方の水平回転軸（ｘ）に近い位置に水平回転軸（ｚ）
を有し、これら３つの水平回転軸（ｘ，ｙ，ｚ）のう
ち、両端の水平回転軸（ｘ，ｙ）廻りに回動自在な第
１、第２プーリ（３５，３６）がそれぞれ装着され、こ
れら２つの第１、第２プーリのうち少なくとも一方（３
６）は、同軸状態に連結された直径の異なる２つのプー
リで構成され、前記水平回転軸（ｚ，ｙ）間の距離が
（Ｌ）である主リンク（３９）と、前記主リンク（３
９）と平行で、両端に水平回転軸（ｐ，ｑ）を有し、こ
れらの水平回転軸（ｐ，ｑ）間の距離が（Ｌ）である副
リンク（４０）と、前記第１、第２の各プーリ（３５，
３６）に巻き掛けられるワイヤ（３７）とにより構成さ
れ、前記第１フレーム部材（Ａ）の一方の軸受け（ｂ）
に前記主リンクの水平回転軸（ｚ）を装着し、前記第２
フレーム部材（Ｂ）の一方の軸受け（ｄ）に前記主リン
クの水平回転軸（ｙ）を装着し、前記第１フレーム部材
（Ａ）の他方の軸受け（ｃ）に前記副リンクの水平回転
軸（ｐ）を装着し、前記第２フレーム部材（Ｂ）の他方
の軸受け（ｅ）に前記副リンクの水平回転軸（ｑ）を装
着し、前記第１フレーム（Ａ）、第２フレーム（Ｂ），
主リンク（３９）および副リンク（４０）により平行４
節リンク機構（Ｐｉ）を構成し、ｎ個の平行４節リンク
機構（Ｐｉ＝１〜ｎ）のうち（ｉ）番目の平行４節リン
ク機構（Ｐｉ）の第２フレーム部材（Ｂ）の垂直回転軸
（ａ）の上に，（ｉ＋１）番目の平行４節リンク機構
（Ｐi+1）の第１フレーム部材（Ａ）の垂直回転軸
（ａ）を回動自在に連結し、これを、ｉ＝１〜ｎについ
て繰返すことで、ｎ個の平行４節リンク機構を直列に積
み上げた多関節アーム機構を構成し、この多関節アーム
機構の最上段の平行４節リンク機構（Ｐｎ）の第２フレ
ーム部材（Ｂ）に前記ワイヤ（３７）の一端を固定し、
同ワイヤを平行４節リンク機構（Ｐｎ）の主リンク（３
９）のプーリ（３５，３６）に巻きつかせた後、順次下
段に連結した平行４節リンク機構（Ｐn-1）〜（Ｐ1）の
主リンク（３９）のプーリ（３５，３６）に巻きつかせ
ることでワイヤ（３７）の張力を全節に伝達させ、ワイ
ヤの最終端部は、最下段の平行４節リンク機構（Ｐ1）
の第１フレーム部材（Ａ）に装着されたワイヤ張力生成
手段（４１）に連結したことを特徴とする多関節アーム
機構を提供する。なお、図中の角度αは、水平回転軸
（ｚ）を中心とする主リンク（３９）の回動範囲を示
す。

【００１７】好ましい構成例では、上下に隣接する前記
平行４節リンク機構間で張力を伝達するワイヤが、前記
垂直回転軸（ａ）に近い位置に張られることを特徴とし
ている。

【００１８】さらに好ましい構成例では、上下に隣接す
る下側の平行４節リンク機構の第２フレーム部材（Ｂ）
に対し上側の平行４節リンク機構の第１フレーム部材
（Ａ）を前記垂直軸（ａ）廻りに回転させる第１の駆動
機構（例えばモータとヨーイング用ギヤ）と、各平行４
節リンク機構の主リンク（３９）を副リンク（４０）と
ともに前記第１、第２フレーム部材（Ａ，Ｂ）に対し前
記水平回転軸（ｚ，ｙ，ｐ，ｑ）廻りに回転させる第２
の駆動機構（例えばモータとピッチング用ギヤ）とを備
えたことを特徴としている。

【００１９】さらに言いかえるならば、本発明では、平
行四辺形を形成する位置に設けた４つの水平軸（ｚ，
ｙ，ｐ，ｑ）を有する平行リンク機構（Ｐｉ）を２つ又
はそれ以上連結して複数関節のアームを形成し、前記各
平行リンク機構は、１対の平行な主リンク（３９）及び
副リンク（４０）と、前記水平軸を介して前記両リンク
（３９，４０）の両端部を連結する１対の第１フレーム
部材（Ａ）及び第２フレーム部材（Ｂ）とからなり、連
結された２つの平行リンク機構の連結部は、一方の前記
第２フレーム部材（Ｂ）に対し他方の第１フレーム部材
（Ａ）を垂直回転軸（ａ）廻りに回転可能に取付けて構
成された多関節アーム機構において、前記各平行リンク
機構の主リンク（３９）は、その第２フレーム部材
（Ｂ）側の端部に、この主リンク（３９）の水平回転軸
（ｙ）と同軸の第１プーリ（３５）を備えるとともに、
第１フレーム部材（Ａ）側の端部にこの主リンク（３
９）の水平軸（ｚ）から離れた位置に第２プーリ（３
６）を備え、連結された平行リンク機構の第１及び第２
プーリ（３５，３６）に順次ワイヤ（３７）を巻き掛
け、このワイヤの一端をアーム先端の平行リンク機構
（Ｐn）の第２フレーム部材（Ｂ）に固定し、ワイヤ
（３７）の他端をアーム根元の平行リンク機構（Ｐ1）
の第１フレーム部材（Ａ）を介して張力生成手段に連結
し、前記第２プーリは、同軸上に配置した径の異なる２
段のプーリで構成し、前記第１プーリからのワイヤ張力
を一旦大径側のプーリで受けてからこのワイヤ張力を小
径側のプーリのワイヤに伝達することを特徴とする多関
節アーム機構を提供する。

【００２０】好ましい構成例では、前記張力生成手段
は、重り又はスプリングあるいは張力可変のワイヤや張
力発生アクチュエータからなることを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】図７は、前述の本発明に係る張力
変換機構を構成する第２プーリの構成例を示す。この第
２プーリ３６は、水平回転軸ｘの両端部の同軸上に大径
プーリ３６ａを有し、これらの大径プーリ３６ａの間に
同じく同軸上に小径プーリ３６ｂを有している。

【００２２】ワイヤ３７は、両側の大径プーリ３６ａに
巻き掛けられた後、孔４２を通して小径プーリ３６ｂに
巻き掛けられる。

【００２３】なお、大径プーリ３６ａに巻かれるワイヤ
と小径プーリ３６ｂに巻かれるワイヤは連続した１本の
ワイヤとしないで、それぞれ分離していてもよい。ワイ
ヤ自体が分離していても、大径プーリ３６ａ及び小径プ
ーリ３６ｂが共通の水平回転軸ｘに固定されるため、相
互に連動されるからである。

【００２４】図８は上下に連結された平行リンクの連結
部の詳細図である。上側の平行リンクの第１フレーム部
材Ａは、下側の平行リンクの第２フレーム部材Ｂに対
し、不図示の駆動機構によりベアリング４３を介して垂
直回転軸ａ廻りに回転可能に取り付けられる。上側の主
リンク３９に沿って張設されたワイヤ３７は、第２プー
リ３６の大径プーリ３６ａから小径プーリ３６ｂに移さ
れ、この小径プーリ３６ｂから下側の主リンク３９の第
１プーリ３５に伝えられ、この第１プーリ３５を巻き回
して下側の主リンク３９に沿って張られる。このとき、
上側の第２プーリ３６から下側の第１プーリ３５に伝わ
るワイヤ３７は、垂直回転軸ａに沿ってその近傍にほぼ
垂直に張られる。これにより、アーム回転時に上下の第
１及び第２フレーム部材Ａ，Ｂを相互に垂直回転軸ａ廻
りに回転させたとき、アーム回転に伴うワイヤ３７の回
転動作範囲を最小限に抑えることができ、回転駆動機構
等との干渉が防止される。

【００２５】図９は、第１フレーム部材Ａの詳細構成図
である。この第１フレーム部材Ａは、水平回転軸ｂ’
（前述の図６で説明した軸受けｂを挿通する水平回転軸
ｚに相当）廻りに主リンク３９（図６参照）を回転させ
てアームをピッチング動作させるためのピッチング歯車
４４を有する。このピッチング歯車４４に不図示のモー
タの出力軸に連結された駆動歯車が噛合う。ｃ’は副リ
ンク４０（図６）の水平回転軸であり、前述の図６の軸
受けｃを挿通する水平回転軸ｐに相当する（図６参
照）。この水平回転軸ｃ’にベアリング（不図示）を介
して副リンク４０が装着される。

【００２６】図１０は、第２フレーム部材Ｂの詳細構成
図である。この第２フレーム部材Ｂは、副リンク４０
（図６）が回転する水平回転軸ｅ’（前述の図６の軸受
けｅを挿通する水平回転軸ｑに相当）を有する。また、
図６で説明したように、副リンク４０の水平回転軸ｙが
挿通する軸受けｄを有する。第２フレーム部材Ｂの上部
に、これに連結された上側の平行リンク（不図示）を垂
直軸ａ廻りに回転させてヨーイング動作させるためのヨ
ーイング歯車４５が備わる。ヨーイング歯車４５は、モ
ータ５１の出力軸に連結された駆動歯車４６と噛合う。

【００２７】図１１は、主リンク３９の詳細構成図であ
る。この例の主リンク３９は円筒体からなり、内部にモ
ータ４８が備わる。このモータ４８の出力軸に駆動歯車
４９が固定され、この駆動歯車４９がピッチング歯車４
４（図９）と噛合う。主リンク３９の右側端部に、水平
回転軸ｙと同軸の３つの同径プーリからなる第１プーリ
３５が備わる。主リンク３９の左側端部に前述のように
大径プーリ３６ａ及び小径プーリ３６ｂの２段のプーリ
からなる第２プーリ３６が備わる。

【００２８】第１プーリ３５において、上段側のアーム
から連続する２本のワイヤ３７が中央のプーリ３５に巻
き回され、両外側に分けられて両側のプーリ３５に巻き
回され、その後円筒状の主リンク３９内を通って前述の
ように第２プーリ３６に巻き掛けられて張力が変換され
る。

【００２９】図１２は、副リンク４０の構成図である。
副リンク４０は、例えば板金の加工品であり、側縁の端
部に水平回転軸用の挿通孔ｐ’及びｑ’が形成される。
これらの挿通孔ｐ’，ｑ’にそれぞれ水平回転軸ｐ，ｑ
（図６，図９，図１０参照）が挿通する。４７は、軽量
化のための孔である。ｐ’，ｑ’間の距離Ｌは、主リン
ク３９の水平回転軸ｚｙ間の距離Ｌに等しい（図６、図
１１参照）。

【００３０】図１３は、２段に連結した平行リンク機構
の斜視図である。連結された各平行リンク機構５０は、
前述の第１フレーム部材Ａ（図９）、第２フレーム部材
Ｂ（図１０）、主リンク３９（図１１）および副リンク
４０（図１２）により構成される。連結部において、両
方の垂直回転軸ａを一致させて下側の第２フレーム部材
Ｂのヨーイング歯車４５上に上側の第１フレーム部材Ａ
が取付けられる。前述のように、この第１フレーム部材
Ａに対し主リンク３９がピッチング歯車４４により水平
回転軸ｚ廻りに角度αの範囲で回転可能である。これに
より、多関節アームの各節を構成する各平行リンク機構
５０は水平回転軸ｚ及び垂直回転軸ａ廻りに回転可能に
なる。

【００３１】図１４は、平行リンク機構の連結部の詳細
図である。前述のように、垂直回転軸ａを一致させて下
側の第２フレーム部材Ｂのヨーイング歯車４５上に上側
の第１フレーム部材Ａが取付けられる。ヨーイング歯車
４５は、駆動歯車４６を介して第２フレーム部材Ｂ内に
備わるモータ５１により回転駆動される。

【００３２】図１５は、多関節アーム機構の全体図であ
る。前述のように複数の平行リンク機構５０を連結した
多関節アーム５５がベース５６上に設置される。ベース
５６に張力生成機構５２が備わる。この例の張力生成機
構５２は、矢印Ｅのように垂直方向に移動可能な台５３
に重り５４を載せ、この台５３にワイヤ３７を固定して
吊下げることによりワイヤに張力を生成している。な
お、重り５４に代えてスプリング（不図示）あるいは張
力可変のワイヤや張力発生アクチュエータによりワイヤ
３７を引張ってもよい。

【００３３】張力が付与されたワイヤ３７は、前述のよ
うに多関節アーム５５の各平行リンク機構５０に連結さ
れ、各平行リンク機構５０に応じて張力を変換して自重
をバランスさせる。このとき、根元の平行リンク５０に
接続されるワイヤは、ベース５６に取り付けた吊下げ機
構６０を介して台５３に固定される。この吊下げ機構６
０は、ワイヤ３７に必要な張力を得るための重り５４の
重量を小さくするためのものである。

【００３４】図１６は、上記吊下げ機構６０の構成図で
ある。１本の共通のシャフト５９に小径プーリ５７及び
２つの大径プーリ５８が固定される。平行リンク機構５
０に接続されるワイヤ３７は、小径プーリ５７に巻き回
される。２つの大径プーリ５８にそれぞれワイヤ３７が
巻き掛けられて固定される。これらの大径プーリ５８に
固定されたワイヤ３７の端部が台５３（図１５）に固定
される。このように、大径プーリ５８のワイヤから小径
プーリ５７のワイヤにシャフト５９を介して張力を伝達
することにより、重量の小さい重り５４を用いて大きな
張力を得ることができる。

【００３５】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。連結する平行リンク機構の数やプーリの数及びワイ
ヤの本数等は任意である。また、ワイヤの負担を軽減す
るため、構造部材はなるべく軽量化することが望まし
い。

【００３６】図１７は、本発明の自重補償機構を備えた
多関節アーム機構と従来の多関節アーム機構のアーム根
元節でのモータ負荷トルクを示すグラフである。横軸は
アーム水平位置からピッチ軸を変化させて回転させたと
きの回転角度（度）を示し、縦軸はアーム根元のモータ
４８の負荷トルク（Ｎｍ）を示す。

【００３７】図から分かるように、自重補償をしない従
来のアーム機構ではモータにかかる負荷が大きくしかも
回転角度を変えることにより大きく変動している。これ
に対し、本発明の自重補償を行なったアーム機構では回
転角度にかかわらずトルクはほぼ一定のゼロ付近に保た
れている。本発明では、前述の平行リンク３３（図１）
に代えてこれと等価な梃子運動を行なう自重補償機構を
用いることができる。図１８は、このような平行リンク
機構に代わる本発明の別の実施形態に係る自重補償機構
の構成図である。この自重補償機構６８は、水平軸６２
ａを支点として梃子運動するレバー６６（図１のリンク
部材３４に相当）と、このレバー６６の両端に装着した
第１プーリ３５及び第２プーリ３６と、第１プーリ３５
と同軸上に設けた第１スプロケット６７と、水平軸６２
ａに設けた第２スプロケット６３と、両スプロケット６
３，６７間に巻き回されたチェーン又はベルト等からな
る無端回転伝達手段６４とを備えている。図１の例と同
様に、第１プーリ３５及び第２プーリ３６間にワイヤ３
７が巻き掛けられ、その端部が荷重Ｗの支持部材のワイ
ヤ固定点６１に固定される。このような構成の自重補償
機構６８を用いて多関節アーム機構を構成することによ
り、前述の平行リンクを用いた場合と同様な動作が得ら
れる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、平行
リンク機構に２段プーリによる張力変換機構を組合せた
簡単な構造により、多関節アームの各節の重量をワイヤ
を介して小さな一定張力でバランスさせることができ、
軽量で消費電力が少なく、迅速な動作で制御性の高い多
関節アーム機構が得られる。このような多関節アーム機
構を用いることにより、例えばその先端に工具やカメラ
等を取付け、工場や発電所その他人間が進入できない危
険な場所に進入して各種作業を行なったり状況の認識を
行なうことができる。また、災害現場等での救助活動に
おいても威力を発揮できる。

【００３９】また、ワイヤを垂直回転軸に沿って配設す
ることにより、アーム回転時にワイヤの可動範囲を最小
限に抑えて周囲の部材との干渉を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る平行リンク機構の基本構成図。

【図２】 自重補償の原理説明図。

【図３】 図１の平行リンク機構を用いた多関節アーム
機構の構成図。

【図４】 本発明の張力変換機構の原理説明図。

【図５】 図４の張力変換機構を備えた多関節アーム機
構の構成図。

【図６】 本発明に係る多関節アーム機構の構成図。

【図７】 本発明の実施形態に係る２段プーリの構成説
明図。

【図８】 本発明の実施形態に係るアーム連結部の構成
説明図。

【図９】 本発明の実施形態に係る第１フレーム部材の
構成説明図。

【図10】 本発明の実施形態に係る第２フレーム部材の
構成説明図。

【図11】 本発明の実施形態に係る主リンクの構成説明
図。

【図12】 本発明の実施形態に係る副リンクの構成説明
図。

【図13】 本発明の実施形態に係る多関節アーム機構の
斜視図。

【図14】 本発明の実施形態に係る多関節アーム機構の
連結部の構成説明図。

【図15】 本発明の実施形態に係る多関節アーム機構の
全体図。

【図16】 本発明の実施形態に係る張力生成機構の吊下
げ機構の構成説明図。

【図17】 自重補償がある場合とない場合のモータの負
担トルクを示すグラフ。

【図18】 本発明の別の自重補償機構の構成説明図。

【図19】 従来のばねによる自重補償機構の説明図。

【符号の説明】

３０：固定部、３１：フレーム、３２ａ〜３２ｄ：水平
軸、３３：平行リンク、３４：リンク部材、３５：第１
プーリ、３６：第２プーリ、３６ａ：大径プーリ、３６
ｂ：小径プーリ、３７：ワイヤ、３８：支点、３９：主
リンク、４０：副リンク、４１：張力生成機構、４２：
孔、４３：ベアリング、４４：ピッチング歯車、４５：
ヨーイング歯車、４６：駆動歯車、４７：孔、４８：モ
ータ、４９：駆動歯車、５０：平行リンク機構、５１：
モータ、５２：張力生成機構、５３：台、５４：重り、
５５：多関節アーム、５６：ベース、５７：小径プー
リ、５８：大径プーリ、５９：シャフト、６０：吊下げ
機構、６１：ワイヤ固定点、６２ａ，６２ｂ：水平軸、
６３：スプロケット、６４：無端回転伝達手段、６５：
ワイヤ固定点、６６：レバー、６７：スプロケット、６
８：自重補償機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C007 BS10 BS22 CT05 CV08 CW09 CY21 CY22 HT04 HT09 HT12 HT21 3J062 AA39 AB28 AC10 CB04 CB42

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直回転軸（ａ）及びその垂直回転軸
   （ａ）に対して角度（θ）をなす線上で距離（ｒ）の２
   点に２つの水平回転軸の軸受け（ｂ，ｃ）を有する第１
   フレーム部材（Ａ）と、 この第１フレーム部材（Ａ）と対をなして同じ距離
   （ｒ）を隔てた２つの水平回転軸の軸受け（ｄ，ｅ）を
   有する第２フレーム部材（Ｂ）と、 両端に水平回転軸（ｘ，ｙ）を有し、さらに一方の水平
   回転軸（ｘ）に近い位置に水平回転軸（ｚ）を有し、こ
   れら３つの水平回転軸（ｘ，ｙ，ｚ）のうち、両端の水
   平回転軸（ｘ，ｙ）廻りに回動自在な第１、第２プーリ
   （３５，３６）がそれぞれ装着され、これら２つの第
   １、第２プーリのうち少なくとも一方（３６）は、同軸
   状態に連結された直径の異なる２つのプーリで構成さ
   れ、前記水平回転軸（ｚ，ｙ）間の距離が（Ｌ）である
   主リンク（３９）と、 前記主リンク（３９）と平行で、両端に水平回転軸
   （ｐ，ｑ）を有し、これらの水平回転軸（ｐ，ｑ）間の
   距離が（Ｌ）である副リンク（４０）と、 前記第１、第２の各プーリ（３５，３６）に巻き掛けら
   れるワイヤ（３７）とにより構成され、 前記第１フレーム部材（Ａ）の一方の軸受け（ｂ）に前
   記主リンクの水平回転軸（ｚ）を装着し、 前記第２フレーム部材（Ｂ）の一方の軸受け（ｄ）に前
   記主リンクの水平回転軸（ｙ）を装着し、 前記第１フレーム部材（Ａ）の他方の軸受け（ｃ）に前
   記副リンクの水平回転軸（ｐ）を装着し、 前記第２フレーム部材（Ｂ）の他方の軸受け（ｅ）に前
   記副リンクの水平回転軸（ｑ）を装着し、 前記第１フレーム（Ａ）、第２フレーム（Ｂ），主リン
   ク（３９）および副リンク（４０）により平行４節リン
   ク機構（Ｐｉ）を構成し、 ｎ個の平行４節リンク機構（Ｐi＝１〜ｎ）のうち
   （ｉ）番目の平行４節リンク機構（Ｐｉ）の第２フレー
   ム部材（Ｂ）の垂直回転軸（ａ）の上に，（ｉ＋１）番
   目の平行４節リンク機構（Ｐi+1）の第１フレーム部材
   （Ａ）の垂直回転軸（ａ）を回動自在に連結し、これ
   を、ｉ＝１〜ｎについて繰返すことで、ｎ個の平行４節
   リンク機構を直列に積み上げた多関節アーム機構を構成
   し、 この多関節アーム機構の最上段の平行４節リンク機構
   （Ｐｎ）の第２フレーム部材（Ｂ）に前記ワイヤ（３
   ７）の一端を固定し、同ワイヤを平行４節リンク機構
   （Ｐｎ）の主リンク（３９）のプーリ（３５，３６）に
   巻きつかせた後、順次下段に連結した平行４節リンク機
   構（Ｐn-1）〜（Ｐ1）の主リンク（３９）のプーリ（３
   ５，３６）に巻きつかせることでワイヤ（３７）の張力
   を全節に伝達させ、ワイヤの最終端部は、最下段の平行
   ４節リンク機構（Ｐ1）の第１フレーム部材（Ａ）に装
   着されたワイヤ張力生成手段（４１）に連結したことを
   特徴とする多関節アーム機構。
2. 【請求項２】上下に隣接する前記平行４節リンク機構間
   で張力を伝達するワイヤが、前記垂直回転軸（ａ）に近
   い位置に張られることを特徴とする請求項１に記載の多
   関節アーム機構。
3. 【請求項３】上下に隣接する下側の平行４節リンク機構
   の第２フレーム部材（Ｂ）に対し上側の平行４節リンク
   機構の第１フレーム部材（Ａ）を前記垂直軸（ａ）廻り
   に回転させる第１の駆動機構と、 各平行４節リンク機構の主リンクを副リンクとともに前
   記第１、第２フレーム部材（Ａ，Ｂ）に対し前記水平回
   転軸廻りに回転させる第２の駆動機構とを備えたことを
   特徴とする請求項１または２に記載の多関節アーム機
   構。
4. 【請求項４】平行四辺形を形成する位置に設けた４つの
   水平軸を有する平行リンク機構を２つ又はそれ以上連結
   して複数関節のアームを形成し、 前記各平行リンク機構は、１対の平行な主リンク及び副
   リンクと、前記水平軸を介して前記両リンクの両端部を
   連結する１対の第１フレーム部材及び第２フレーム部材
   とからなり、 連結された２つの平行リンク機構の連結部は、一方の前
   記第２フレーム部材に対し他方の第１フレーム部材を垂
   直軸廻りに回転可能に取付けて構成された多関節アーム
   機構において、 前記各平行リンク機構の主リンクは、その第２フレーム
   部材側の端部に、この主リンクの水平軸と同軸の第１プ
   ーリを備えるとともに、第１フレーム部材側の端部にこ
   の主リンクの水平軸から離れた位置に第２プーリを備
   え、 連結された平行リンク機構の第１及び第２プーリに順次
   ワイヤを巻き掛け、このワイヤの一端をアーム先端の平
   行リンク機構の第２フレーム部材に固定し、ワイヤの他
   端をアーム根元の平行リンク機構の第１フレーム部材を
   介して張力生成手段に連結し、前記第２プーリは、同軸
   上に配置した径の異なる２段のプーリで構成し、前記第
   １プーリからのワイヤ張力を一旦大径側のプーリで受け
   てからこのワイヤ張力を小径側のプーリのワイヤに伝達
   することを特徴とする多関節アーム機構。
5. 【請求項５】前記張力生成手段は、重り又はスプリング
   あるいは張力可変のワイヤや張力発生アクチュエータか
   らなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
   載の多関節アーム機構。
6. 【請求項６】前記平行リンク機構に代えて、水平軸を支
   点として梃子運動するレバーの両端に第１プーリ及び第
   ２プーリを設け、前記支点及び第１プーリと同軸上にそ
   れぞれスプロケットを装着し両スプロケット同士を無端
   回転伝達手段で連結し、前記第１及び第２プーリ間にワ
   イヤを巻き掛けた自重補償機構を用いたことを特徴とす
   る請求項１から５のいずれかに記載の多関節アーム機
   構。