JP2007223038A - Joint structure body and robot arm - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint structure body in a joint mechanism transmitting the driving force completely without any influence of motion of a joint, and also to provide a robot arm including the joint structure body. <P>SOLUTION: A second structure 2 is rotated around a first rotary joint by the drive of a first driving device 4 to thereby generate rotation around the first rotary joint of a movable rotary pulley 10 to the first and second rotary guide pulleys 30, 31, and a wire 7 is guided by the reverse rotation to the rotating direction around the movable rotary pulley to cancel increase and decrease in an amount applied to the first and second rotary guide pulley peripheral parts, whereby the distance between the first and second rotary guide pulleys and the movable rotary pulley is made invariable. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロボットアーム等の機械装置の関節機構に応用可能な関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームに関する。   The present invention relates to a joint structure applicable to a joint mechanism of a mechanical device such as a robot arm, and a robot arm including the joint structure.

従来、多関節のロボットアームでは関節を駆動するアクチュエータを関節部やその近傍に配設する構造が通常であるが、このような構造では人間型アームの手首等の手先に近い部分に重量の大きいモータ等が配設されることになることから手先の慣性が大きくなり、手先の位置制御性能向上の障害となったり、衝突時に大きな衝撃を与えることになり、安全面で考慮しなければならない。   Conventionally, a multi-joint robot arm usually has a structure in which an actuator for driving the joint is arranged at or near the joint. However, in such a structure, a portion close to the hand, such as a wrist of a humanoid arm, is heavy. Since a motor or the like is disposed, the inertia of the hand increases, which impedes the improvement of the position control performance of the hand, or gives a large impact at the time of a collision, which must be considered in terms of safety.

このような問題に対し、駆動する関節から根元に近い部分にアクチュエータを離して配設し、ワイヤにより駆動力を伝達するワイヤ駆動方式のロボットアームが開発されている。ワイヤ駆動方式のロボットアームは、手先を軽量に構成できるため、高速駆動が可能である等、優れた特徴を有している。   In order to solve such problems, a wire-driven robot arm has been developed in which an actuator is disposed apart from a joint to be driven and is located near the base, and a driving force is transmitted by a wire. The wire-driven robot arm has excellent features such as high-speed driving because the hand can be made lightweight.

しかし、ワイヤ駆動方式のロボットアームでは、より手先側の慣性を小さくするために、アームが取り付けられた基盤部である胴体部にアクチュエータを配設し、手首部を駆動する場合など、ワイヤの取り回し距離を長くする場合、人間型アームの肘等、途中で関節を越えてワイヤを配設する必要が生じる。この場合、途中にある関節の運動が駆動されると、ワイヤの経路長が変化する等し、ワイヤにより駆動される手首などの先の部分の関節の運動が影響を受けてしまうという問題が生じる。   However, in a wire-driven robot arm, in order to reduce the inertia on the hand side, an actuator is arranged on the body, which is the base to which the arm is attached, and the wire is routed when driving the wrist. When the distance is increased, it is necessary to dispose the wire across the joint on the way, such as the elbow of a humanoid arm. In this case, when the motion of the joint in the middle is driven, the path length of the wire changes, and the problem arises that the motion of the joint of the tip part such as the wrist driven by the wire is affected. .

この問題に対しては、特許文献1において、関節の回転中心と偏位するように配設された一対のガイドプーリーを有する構成が開示されている。また、特許文献2において、関節の運動に伴い回転中心が回転運動するワイヤガイドプーリーを有する構成が開示されている。   With respect to this problem, Patent Document 1 discloses a configuration having a pair of guide pulleys arranged so as to deviate from the rotation center of the joint. Patent Document 2 discloses a configuration having a wire guide pulley whose center of rotation rotates with the movement of a joint.

特許第3290709号公報Japanese Patent No. 3290709 特公平6−77914号公報Japanese Patent Publication No. 6-77914

しかしながら、上記特許文献1の構成では、関節の運動によるワイヤの経路長の変化を完全に除去することはできず、途中の関節の回転角度が大きくなるほど経路長の変化が大きくなる。また、上記特許文献2の構成では、関節の回転に伴いワイヤガイドプーリーの回転運動が発生すると、関節を曲げた状態では、先端側アーム部材の方向にワイヤが曲げられる前に、ワイヤガイドプーリーによって、先端側アーム部材とは逆の方向にワイヤの経路が曲げられるため、関節の動きにかかわらずワイヤの経路を完全に一定とすることはできない。   However, in the configuration of Patent Document 1, the change in the path length of the wire due to the motion of the joint cannot be completely removed, and the change in the path length increases as the rotation angle of the joint in the middle increases. Further, in the configuration of Patent Document 2, when a rotational movement of the wire guide pulley occurs with the rotation of the joint, in a state where the joint is bent, before the wire is bent in the direction of the distal arm member, the wire guide pulley Since the path of the wire is bent in the direction opposite to that of the distal arm member, the path of the wire cannot be made completely constant regardless of the movement of the joint.

本発明の目的は、上記従来の関節機構の課題を解決し、関節の動きに完全に影響を受けず駆動力を伝達することが可能な関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional joint mechanism, and provide a joint structure capable of transmitting a driving force without being completely affected by the movement of the joint, and a robot arm including the joint structure There is to do.

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

本発明の第1態様によれば、第1構造体と、
第2構造体と、
上記第1構造体と上記第2構造体を相対的に回転可能に接続する第1回転関節と、
上記第1回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように上記第1構造体又は第2構造体に配設されかつ互いに相対的に回転可能なガイド溝付き第1回転ガイドプーリーとガイド溝付き第2回転ガイドプーリーと、
上記第2構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付きの可動回転ガイドプーリーと、
上記第1又は第2回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
上記第1構造体に回転自在に配設されるガイド溝付き補助回転ガイドプーリーと、
一端側から他端側に向けて、上記第1回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記可動回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記第2回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記補助回転ガイドプーリーの上記ガイド溝の順番で掛け渡されるワイヤと、
一端が上記第1構造体に固定されるとともに、他端が上記第2構造体に接続されて、上記第2構造体を上記第1回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、
一端が上記第1構造体に固定されるとともに、他端に上記ワイヤの上記一端及び上記他端の両方が固定されて、上記補助回転ガイドプーリーの回転により上記ワイヤが案内されつつ上記ワイヤを介して上記レバーを上記一端で揺動させて上記可動回転ガイドプーリーを上記第2構造体に対して相対的に移動可能な第2駆動装置とを備えて、
上記第2駆動装置を駆動することなく、上記第1駆動装置の駆動により、上記第2構造体を上記第1回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれに対する、上記可動回転プーリーの、上記第1回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記可動回転プーリーの回転軸回りの上記回転運動の回転方向とは逆回りの回転運動により上記ワイヤが誘導される結果、上記ワイヤが上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれの上記ガイド溝の円周部にかかる量の増減が相殺されて、上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアームを提供する。
According to the first aspect of the present invention, the first structure,
A second structure;
A first rotary joint that rotatably connects the first structure and the second structure;
A first rotation guide with a guide groove disposed on the first structure or the second structure so as to be coaxial with the rotation axis of the first rotation joint and rotatable about the rotation axis and rotatable relative to each other. A pulley and a second rotating guide pulley with a guide groove;
A movable rotating guide pulley with a guide groove disposed so as to be relatively movable with respect to the second structure;
A mechanism for changing a distance between the first or second rotation guide pulley and the movable rotation guide pulley;
An auxiliary rotation guide pulley with a guide groove rotatably disposed in the first structure,
From one end side to the other end side, the guide groove of the first rotation guide pulley, the guide groove of the movable rotation guide pulley, the guide groove of the second rotation guide pulley, and the guide of the auxiliary rotation guide pulley A wire spanned in the order of the grooves,
A first drive device having one end fixed to the first structure and the other end connected to the second structure, the second drive capable of rotating the second structure around the first rotary joint;
One end is fixed to the first structure, and both the one end and the other end of the wire are fixed to the other end, and the wire is guided through the wire while being guided by the rotation of the auxiliary rotation guide pulley. And a second driving device capable of moving the movable rotation guide pulley relative to the second structure by swinging the lever at the one end.
Without driving the second driving device, the first driving device drives the second structure to rotate about the rotation axis of the first rotary joint, and the first and second rotation guide pulleys. Generating a relative rotational motion of the movable rotating pulley around the rotational axis of the first rotational joint, and rotating in a direction opposite to the rotational direction of the rotational motion around the rotational axis of the movable rotational pulley. As a result of the wire being guided by the rotational movement, the increase and decrease of the amount of the wire applied to the circumferential portion of the guide groove of each of the first and second rotation guide pulleys is offset, and the first and second rotation guides Provided is a robot arm in which the distance between each pulley and the movable rotating pulley is not changed.

本発明によれば、上記回転関節での回転運動に影響を受けることなく、第1構造体に配設された第2駆動装置(例えば直動アクチュエータ)の駆動力を、回転関節を越えて手首などの先の部分(例えばハンド)に伝達することが可能となる。   According to the present invention, the driving force of the second driving device (for example, a linear actuator) disposed in the first structure is passed over the rotating joint without being affected by the rotational motion at the rotating joint. It is possible to transmit to the previous part (for example, hand).

したがって、ロボットアームの手首等の運動を駆動するアクチュエータのような第2駆動装置を、ロボットアームの根元側に配設することができ、ロボットアームの先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。   Therefore, a second drive device such as an actuator that drives the movement of the wrist of the robot arm can be disposed on the base side of the robot arm, the inertia on the tip side of the robot arm is reduced, and position control and force can be reduced. Control performance related to control is improved, and it is possible to operate at high speed. Further, since the inertia is small, the kinetic energy is also reduced, and the safety at the time of collision is improved.

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。   Before continuing the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals in the accompanying drawings.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。   Before describing embodiments of the present invention in detail based on the drawings, various aspects of the present invention will be described below.

本発明の第1態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、上記第1構造体と上記第2構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された回転ガイドプーリーと、上記第1構造体に配設され、かつ円弧部分を有する固定ガイドと、上記第2構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記固定ガイドの順番で掛け渡されたワイヤと、上記第1構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、上記第1構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第2駆動装置とを備えて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第1駆動装置の駆動により上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。   According to the first aspect of the present invention, the first structure, the second structure, the rotary joint connecting the first structure and the second structure, the same axis as the rotation axis of the rotary joint, and the above A rotation guide pulley disposed so as to be rotatable around a rotation axis, a fixed guide disposed in the first structure and having an arc portion, and movable relative to the second structure. The movable rotation guide pulley disposed, the rotation guide pulley, the movable rotation guide pulley, the wire spanned in the order of the fixed guide, the first structure, and the rotation guide pulley with respect to the rotation guide pulley A first drive device capable of rotating the second structure around the rotary joint without changing the distance of the movable rotation guide pulley, the first structure provided in the first structure and capable of driving the wire; and , Above And a second driving device that moves the movable rotation guide pulley so as to change the distance to the rotation guide pulley, and changes the distance of the movable rotation guide pulley relative to the rotation guide pulley. Instead, a joint structure is provided in which the second structure is driven to rotate around the rotary joint by driving the first drive device.

本発明の第2態様によれば、上記固定ガイドは上記第1構造体に固定された部材の一部として構成されたことを特徴とする第1の態様に記載の関節構造体を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the joint structure according to the first aspect, wherein the fixed guide is configured as a part of a member fixed to the first structure.

本発明の第3態様によれば、上記可動回転ガイドプーリーは、上記回転ガイドプーリーのガイド溝を含む平面と同一面内にガイド溝が位置する第1可動回転ガイドプーリーと、上記固定ガイドのガイド溝を含む平面と同一面内にガイド溝が位置する第2可動回転ガイドプーリーとが一体として構成された構造であることを特徴とする第1の態様に記載の関節構造体を提供する。   According to a third aspect of the present invention, the movable rotation guide pulley includes a first movable rotation guide pulley in which a guide groove is located in the same plane as a plane including the guide groove of the rotation guide pulley, and a guide of the fixed guide. The joint structure according to the first aspect is characterized in that the second movable rotating guide pulley in which the guide groove is located in the same plane as the plane including the groove is integrally configured.

本発明の第4態様によれば、上記可動回転ガイドプーリーは、上記回転ガイドプーリーのガイド溝を含む平面と同一面内に位置する第1ガイド溝と、上記固定ガイドのガイド溝を含む平面と同一面内に位置する第2ガイド溝を有することを特徴とする第1の態様に記載の関節構造体を提供する。   According to the fourth aspect of the present invention, the movable rotation guide pulley includes a first guide groove located in the same plane as the plane including the guide groove of the rotation guide pulley, and a plane including the guide groove of the fixed guide. The joint structure according to the first aspect is provided, having a second guide groove located in the same plane.

本発明の第5態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、上記第1構造体と上記第2構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように上記第1構造体又は第2構造体にそれぞれ配設されかつ互いに相対的に回転可能な第1回転ガイドプーリーと第2回転ガイドプーリーと、上記第2構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第1構造体に回転自在に配設される補助回転ガイドプーリーと、上記第1回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第2回転ガイドプーリー、上記補助回転ガイドプーリーの順番で掛け渡され、かつ、両端部が上記第2駆動装置に固定されるワイヤと、上記第1構造体に備えられて、上記第1及び第2回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、上記第1構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記第1及び第2回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第2駆動装置とを備えて、上記第1及び第2回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第1駆動装置の駆動により上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。   According to the fifth aspect of the present invention, the first structure, the second structure, the rotary joint connecting the first structure and the second structure, the same axis as the rotation axis of the rotary joint, and the above A first rotation guide pulley and a second rotation guide pulley which are respectively arranged in the first structure or the second structure and are rotatable relative to each other so as to be rotatable around a rotation axis, and the second structure A movable rotation guide pulley disposed so as to be relatively movable, an auxiliary rotation guide pulley rotatably disposed on the first structure, the first rotation guide pulley, the movable rotation guide pulley, The second rotating guide pulley and the auxiliary rotating guide pulley are spanned in this order and both ends are fixed to the second driving device, and the first structure includes the first and the second rotating guide pulleys. Second rotating guide pooh Without changing the distance of the movable rotation guide pulley relative to the first drive unit, the first drive device capable of rotating the second structure around the rotary joint, and the first structure can drive the wire. And a second driving device that moves the movable rotation guide pulley so as to change the distance to the first and second rotation guide pulleys by driving the wire. Provided is a joint structure characterized in that the second structure is driven to rotate around the rotary joint by driving the first drive device without changing the distance of the movable rotary guide pulley to the two-rotation guide pulley. To do.

本発明の第6態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、上記第1構造体と上記第2構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された第3回転ガイドプーリーと、上記第2構造体に回転自在に配設された第4回転ガイドプーリーと、上記第2構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第1構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、上記第1構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第2駆動装置と、上記第3回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第4回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ一端部が上記第2駆動装置に固定され他端部が上記第4回転ガイドプーリーに固定されたワイヤとを備えるとともに、一端部が上記第1構造体に回転自在に支持された第1平行リンクと、一端部が上記第1平行リンクの他端部に回転自在に連結され他端部が上記第4回転ガイドプーリーに固定された第2平行リンクとを備えて、上記第1平行リンクの上記一端部が上記第1構造体に対して支持された部分と、上記第1平行リンクの上記他端部と上記第2平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第2平行リンクの上記他端部と上記第4回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記第4回転ガイドプーリーの上記第2構造体に回転自在に配設された部分とを4支点とする4節の平行リンク構造を構成して、上記第3回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第1駆動装置の駆動により上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。   According to a sixth aspect of the present invention, the first structure, the second structure, the rotary joint connecting the first structure and the second structure, the same axis as the rotation axis of the rotary joint, and the above A third rotation guide pulley disposed so as to be rotatable about a rotation axis, a fourth rotation guide pulley disposed rotatably on the second structure, and relatively movable with respect to the second structure The movable rotation guide pulley arranged in such a manner and the first structure body, the second structure body can be connected to the rotation joint without changing the distance of the movable rotation guide pulley relative to the rotation guide pulley. A first driving device capable of rotating around the first driving device, the first structure provided in the first structure body, capable of driving the wire, and driving the wire to change the distance to the rotating guide pulley. Movable rotating guy A second drive device for moving the pulley, the third rotation guide pulley, the movable rotation guide pulley, and the fourth rotation guide pulley are spanned in this order, and one end is fixed to the second drive device and the other end Including a wire fixed to the fourth rotation guide pulley, one end of which is rotatably supported by the first structure, and one end of which is the other end of the first parallel link. And a second parallel link whose other end is fixed to the fourth rotation guide pulley, and the one end of the first parallel link is supported with respect to the first structure. A portion connected to the other end portion of the first parallel link and the one end portion of the second parallel link, the other end portion of the second parallel link, and the fourth rotation guide pulley. Fixed part And a portion of the fourth rotating guide pulley that is rotatably disposed on the second structure body to form a four-joint parallel link structure, and the movable rotation with respect to the third rotating guide pulley There is provided a joint structure characterized in that the second structure is driven to rotate around the rotary joint by driving the first drive device without changing the distance of the guide pulley.

本発明の第7態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された回転ガイドプーリーと、上記第2構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第1構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、上記第1構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第2駆動装置と、上記回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ一端部が上記第2駆動装置に固定され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定されたワイヤとを備えるとともに、一端部が上記第1構造体に回転自在に支持された第1平行リンクと、一端部が上記第1平行リンクの他端部に回転自在かつ摺動自在に連結され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定された第2平行リンクとを備えて、上記第1平行リンクの上記一端部が上記第1構造体に対して支持された部分と、上記第1平行リンクの上記他端部と上記第2平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第2平行リンクの上記他端部と上記可動回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記回転ガイドプーリーの上記第2構造体に回転自在に配設された部分とを4支点とする4節の平行リンク構造を構成して、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第1駆動装置の駆動により上記第2構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。   According to a seventh aspect of the present invention, a first structure, a second structure, a rotation guide pulley disposed so as to be coaxial with the rotation axis of the rotary joint and rotatable about the rotation axis; A movable rotation guide pulley disposed so as to be relatively movable with respect to the second structure, and the first structure provided in the first structure without changing a distance of the movable rotation guide pulley with respect to the rotation guide pulley. A first drive device capable of rotating the second structure around the rotary joint; and the first structure provided in the first structure can drive the wire, and the wire is driven to drive the rotation. The second drive device that moves the movable rotating guide pulley so as to change the distance to the guide pulley, the rotating guide pulley, and the movable rotating guide pulley are spanned in this order, and one end is A first parallel link fixed to the second driving device and having the other end fixed to the movable rotating guide pulley and having one end rotatably supported by the first structure, and one end A second parallel link that is rotatably and slidably connected to the other end portion of the first parallel link and the other end portion is fixed to the movable rotation guide pulley, and the one end of the first parallel link A portion supported by the first structure, a portion where the other end of the first parallel link and the one end of the second parallel link are connected, and a portion of the second parallel link A four-joint parallel link structure having a fixed portion between the other end and the movable rotating guide pulley and a portion rotatably disposed on the second structure of the rotating guide pulley as four fulcrums. Configure the above rotating guide pulley Without changing the distance of the movable rotating guide pulley for, providing joint structure, characterized in that rotationally drives the second structure to the rotary joint about by the driving of the first driving device.

本発明の第8態様によれば、第1〜7のいずれか1つの態様に記載の関節構造体と、
上記第2構造体の上記回転関節側とは反対側の先端に配置されたハンドと、上記可動回転ガイドプーリーと上記ハンドとを連結するハンド駆動用ワイヤとを備えて、上記可動回転ガイドプーリーが上記第2構造体に相対的に可動することにより、上記ハンド駆動用ワイヤにより上記ハンドを上記第2構造体に対して回転駆動するようにしたことを特徴とするロボットアームを提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, the joint structure according to any one of the first to seventh aspects;
A hand disposed at a tip of the second structure opposite to the rotary joint side; a hand drive wire for connecting the movable rotary guide pulley and the hand; and the movable rotary guide pulley comprising: There is provided a robot arm characterized in that the hand is rotated with respect to the second structure by the hand driving wire by being relatively movable with respect to the second structure.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1A及び図1Bは本発明の第1実施形態にかかる関節構造体を示す全体図である。図1A及び図1Bでは、第1実施形態にかかる関節構造体をロボットアーム100に応用した場合を例に構造を示している。
(First embodiment)
1A and 1B are general views showing a joint structure according to a first embodiment of the present invention. In FIGS. 1A and 1B, the structure is shown by way of example in which the joint structure according to the first embodiment is applied to the robot arm 100.

図1A及び図1Bにおいては、1はロッド状の第1構造体であり、ロボットアーム100の上腕部を形成している。2はロッド状の第2構造体であり、ロボットアーム100の前腕部を形成している。第1構造体1と第2構造体2は第1回転関節3により接続されており、第1回転関節3の関節軸3aを中心として第1構造体1と第2構造体2は相対的に正逆回転可能である。一例として、図1Bに示すように、第2構造体2の第1回転関節側端部が二股に分岐した分岐部2aに形成されており、この分岐部2a内に第1構造体1の下端部が挟み込まれて、関節軸3aに対して相対回転自在に接続されるようにしている。   1A and 1B, reference numeral 1 denotes a rod-shaped first structure, which forms the upper arm of the robot arm 100. Reference numeral 2 denotes a rod-shaped second structure that forms the forearm of the robot arm 100. The first structure 1 and the second structure 2 are connected by a first rotary joint 3, and the first structure 1 and the second structure 2 are relatively centered on the joint axis 3 a of the first rotary joint 3. Forward and reverse rotation is possible. As an example, as shown in FIG. 1B, the first rotary joint side end of the second structure 2 is formed in a bifurcated branch 2a, and the lower end of the first structure 1 is formed in the branch 2a. The portion is sandwiched so as to be relatively rotatable with respect to the joint shaft 3a.

4−1、4−2は、それぞれ第1駆動装置の一例として第1直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋等の2本の第1直動アクチュエータであり、第1構造体1の上端部に固定された支持板1aに2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2の上端部がそれぞれ固定されている。2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2の下端部が、第2構造体2にそれぞれの基端部が固定された回転ジョイント5−1、5−2の回動端にそれぞれ回転自在に連結されることにより、2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2が第1構造体1と第2構造体2に接続され、第1構造体1と第2構造体2の第1回転関節3における正逆回転運動を駆動する。すなわち、第2構造体2にロッド状の回転ジョイント5−1、5−2の基端部が固定され、当該ジョイント5−1、5−2の先端部に第1直動アクチュエータ4−1、4−2の下端部が回転自在に連結されている。回転ジョイント5−1とジョイント5−2とは、第1回転関節3の回転軸3aに対して対称に配置されている結果、第1直動アクチュエータ4−1の下端部が上昇しかつ第1直動アクチュエータ4−2の下端部が下降すると、第2構造体2は第1回転関節3の回転軸3a回りに時計回りに回動する。一方、逆に、第1直動アクチュエータ4−1の下端部が下降しかつ第1直動アクチュエータ4−2の下端部が上昇すると、第2構造体2は第1回転関節3の回転軸3a回りに反時計回りに回動する。   Reference numerals 4-1 and 4-2 denote two first linear actuators, such as pneumatic artificial muscles, which can constitute a first linear actuator as an example of the first driving device. The upper end portions of the two first linear actuators 4-1 and 4-2 are fixed to the support plate 1 a fixed to the upper end portion. The lower ends of the two first linear actuators 4-1 and 4-2 are respectively connected to the rotating ends of the rotary joints 5-1 and 5-2 whose base ends are fixed to the second structure 2. Two first linear actuators 4-1 and 4-2 are connected to the first structure body 1 and the second structure body 2 by being rotatably connected, and the first structure body 1 and the second structure body The forward / reverse rotational motion of the second first rotational joint 3 is driven. That is, the base end portions of the rod-shaped rotary joints 5-1 and 5-2 are fixed to the second structure 2, and the first linear motion actuator 4-1 is attached to the front ends of the joints 5-1 and 5-2. The lower end of 4-2 is rotatably connected. As a result of the rotational joint 5-1 and the joint 5-2 being arranged symmetrically with respect to the rotational axis 3a of the first rotational joint 3, the lower end of the first linear actuator 4-1 rises and the first When the lower end portion of the linear actuator 4-2 is lowered, the second structure 2 rotates clockwise around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3. On the other hand, when the lower end portion of the first linear motion actuator 4-1 is lowered and the lower end portion of the first linear motion actuator 4-2 is raised, the second structure 2 is rotated by the rotation shaft 3 a of the first rotary joint 3. Rotate counterclockwise.

6−1、6−2(図1Aでは重なって図示されているが、手前側の第2直動アクチュエータを6−1、奥側の第2直動アクチュエータを6−2とする。)は、それぞれ第2駆動装置の一例として第2直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋やモータやシリンダ等の2本の第2直動アクチュエータであり、2本の第2直動アクチュエータ6−1、6−2により、第2直動アクチュエータ6−1、6−2の下端にそれぞれの端部が固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2を引張り駆動する。   6-1, 6-2 (although they are overlapped in FIG. 1A, the second linear actuator on the front side is 6-1 and the second linear actuator on the back side is 6-2). For example, two second linear actuators such as pneumatic artificial muscles, motors, cylinders, etc., which can constitute a second linear actuator as an example of the second driving device, are two second linear actuators 6-1. 6-2, the arm bending wires 7-1 and 7-2 having their respective ends fixed to the lower ends of the second linear actuators 6-1 and 6-2 are pulled and driven.

上記直動アクチュエータ4−1、4−2、6−1、6−2を構成するそれぞれの空気圧人工筋は、図3に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体15の外表面に繊維コードで構成された拘束部材16が配設され、管状弾性体15の両端部を封止部材17でそれぞれ気密封止する構造となっている。管状弾性体15の一方の端部の封止部材17に設けられた流体注入出部材18を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体15内に供給することにより内圧を管状弾性体15の内部空間に与えると、管状弾性体15が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束部材16の作用により、管状弾性体15の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体15の全長が収縮する。逆に、流体注入出部材18を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体15内から排出することにより管状弾性体15の内部空間の圧力を下げると、管状弾性体15が主に半径方向に収縮しようとするが、拘束部材16の作用により、管状弾性体15の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体15の全長が伸張する。この空気圧人工筋は主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。   As shown in FIG. 3, the pneumatic artificial muscles constituting the linear motion actuators 4-1, 4-2, 6-1, and 6-2 are formed on the outer surface of the tubular elastic body 15 made of a rubber material. A restraining member 16 composed of a fiber cord is provided, and both ends of the tubular elastic body 15 are hermetically sealed with a sealing member 17. By supplying a compressive fluid such as air into the tubular elastic body 15 through a fluid injecting member 18 provided on the sealing member 17 at one end of the tubular elastic body 15, the internal pressure of the tubular elastic body 15 is increased. , The tubular elastic body 15 tends to expand mainly in the radial direction, but is converted into a movement in the central axis direction of the tubular elastic body 15 by the action of the restraining member 16, and the entire length of the tubular elastic body 15 contracts. . Conversely, when the pressure in the inner space of the tubular elastic body 15 is lowered by discharging a compressive fluid such as air from the tubular elastic body 15 through the fluid injecting member 18, the tubular elastic body 15 contracts mainly in the radial direction. However, due to the action of the restraining member 16, the tubular elastic body 15 is converted into movement in the central axis direction, and the entire length of the tubular elastic body 15 is extended. Since this pneumatic artificial muscle is mainly composed of an elastic body, it has a feature that it is a flexible, safe and lightweight actuator.

8−1、8−2はガイド溝8a付き回転ガイドプーリーであり、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3aと同軸となりかつ、回転軸3aに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第2構造体2に配設されており、第2構造体2に対して回転軸3a回りに自在に回転運動可能である。図1Aにおいては、奥側の回転ガイドプーリー8−2は手前側の回転ガイドプーリー8−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Reference numerals 8-1 and 8-2 denote rotation guide pulleys with guide grooves 8a, which are coaxial with the rotation shaft 3a of the first rotation joint 3 at respective positions facing each other with the second structure 2 interposed therebetween, and the rotation shaft 3a. On the other hand, it is disposed in the second structure 2 so as to be rotatable with a bearing or the like interposed therebetween, and can rotate freely around the rotation shaft 3 a with respect to the second structure 2. In FIG. 1A, the rotation guide pulley 8-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the rotation guide pulley 8-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B.

9−1、9−2は固定ガイドの一例であるガイド溝9a付き固定ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー8−1、8−2と半径が等しく、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3aと同軸となるように、かつ、回転ガイドプーリー8−1、8−2のそれぞれ外側に配設されている。この固定ガイドプーリー9−1、9−2は第1構造体1に回転軸3aで固定されており、固定ガイドプーリー9−1、9−2と第1構造体1の間に相対的な回転運動は生じない。図1Aにおいては、奥側の固定ガイドプーリー9−2は手前側の固定ガイドプーリー9−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。なお、回転軸3aはそれぞれ第2構造体2に固定されている。   Reference numerals 9-1 and 9-2 denote fixed guide pulleys with guide grooves 9a, which are examples of fixed guides, and have the same radius as the rotation guide pulleys 8-1 and 8-2 and face each other with the second structure 2 in between. In this position, it is arranged on the outer side of the rotation guide pulleys 8-1 and 8-2 so as to be coaxial with the rotation shaft 3 a of the first rotation joint 3. The fixed guide pulleys 9-1 and 9-2 are fixed to the first structure 1 by the rotation shaft 3a, and the relative rotation between the fixed guide pulleys 9-1 and 9-2 and the first structure 1 is performed. There is no movement. In FIG. 1A, the fixed guide pulley 9-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the fixed guide pulley 9-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B. The rotating shaft 3a is fixed to the second structure 2 respectively.

10−1、10−2は第2構造体2の中間部分に配置されたガイド溝10a付き可動回転プーリーであり、レバー11−1の上端部とレバーの下端部11−2に配設され、回転軸10−1a、10−2a回りに回転可能である。レバー11−1の下端部及びレバー11−2の上端部は、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置に配設されており、レバー11−1の下端部及びレバー11−2の上端部が支点11−1a、11−2aを中心として揺動運動可能である。   10-1 and 10-2 are movable rotating pulleys with a guide groove 10a disposed in the middle portion of the second structure 2, and are disposed at the upper end of the lever 11-1 and the lower end 11-2 of the lever, The rotary shafts 10-1a and 10-2a can be rotated. The lower end portion of the lever 11-1 and the upper end portion of the lever 11-2 are disposed at respective positions facing each other across the second structure 2, and the lower end portion of the lever 11-1 and the lever 11-2 The upper end portion can swing around the fulcrums 11-1a and 11-2a.

12は物品等を把持するためのハンドであり、第2回転関節13により第2構造体2と接続されており、第2構造体2に対して関節軸13aまわりに相対的に揺動運動可能である。   Reference numeral 12 denotes a hand for gripping an article or the like, which is connected to the second structure 2 by the second rotary joint 13 and can swing relative to the second structure 2 around the joint axis 13a. It is.

14−1、14−2はハンド駆動用ワイヤであり、端部が、それぞれ可動回転プーリー10−1、10−2の回転軸10−1a、10−2aに固定されており、もう一方の端部がハンド12の関節軸13aを中心として対称的な位置に固定されている。   Reference numerals 14-1 and 14-2 denote hand drive wires, and their ends are fixed to the rotary shafts 10-1a and 10-2a of the movable rotary pulleys 10-1 and 10-2, respectively. The portion is fixed at a symmetrical position about the joint axis 13 a of the hand 12.

次に、図2を使用して回転ガイドプーリー8−1、固定ガイドプーリー9−1、可動回転プーリー10−1に対するアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路について説明する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように掛け回されているが(図1B参照)、以下の説明では、ガイド溝については説明を省略する。   Next, the path of the arm bending wire 7-1 with respect to the rotation guide pulley 8-1, the fixed guide pulley 9-1 and the movable rotation pulley 10-1 will be described with reference to FIG. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove with respect to each pulley (refer FIG. 1B), description is abbreviate | omitted about the guide groove in the following description.

第1直動アクチュエータ6−1の下端に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1は回転ガイドプーリー8−1へと導かれ、回転ガイドプーリー8−1により経路を曲げられた後(矢印(1)参照)、図2の紙面上で第1回転関節3の関節軸3aより下方から可動回転プーリー10−1へと可動回転プーリー10−1の図2の紙面上で下方側へと導かれる(矢印(2)参照)。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は可動回転プーリー10−1により方向を転換するように曲げられ(矢印(3)参照)、可動回転プーリー10−1の図2の紙面上で上方側より固定ガイドプーリー9−1の図2の紙面上で上方側へと導かれる(矢印(4)参照)。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は固定ガイドプーリー9−1の外周に沿った後(矢印(5)参照)、ワイヤ固定ピン7pによりアーム屈曲用ワイヤ7−1の端部が固定ガイドプーリー9−1に固定される。   The arm bending wire 7-1 having one end fixed to the lower end of the first linear actuator 6-1 is guided to the rotation guide pulley 8-1, and the path is bent by the rotation guide pulley 8-1 (arrow). (Refer to (1)), leading from below the joint shaft 3a of the first rotary joint 3 to the movable rotary pulley 10-1 on the paper surface of FIG. 2, and downwardly on the paper surface of FIG. 2 of the movable rotary pulley 10-1. (See arrow (2)). After that, the arm bending wire 7-1 is bent by the movable rotating pulley 10-1 so as to change its direction (see arrow (3)), and is fixed from the upper side on the paper surface of FIG. 2 of the movable rotating pulley 10-1. The guide pulley 9-1 is guided upward on the paper surface of FIG. 2 (see arrow (4)). Thereafter, after the arm bending wire 7-1 runs along the outer periphery of the fixed guide pulley 9-1 (see arrow (5)), the end portion of the arm bending wire 7-1 is fixed by the wire fixing pin 7p. It is fixed to -1.

回転ガイドプーリー8−2、固定ガイドプーリー9−2、可動回転プーリー10−2に対するアーム屈曲用ワイヤ7−2の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The path of the arm bending wire 7-2 with respect to the rotation guide pulley 8-2, the fixed guide pulley 9-2, and the movable rotation pulley 10-2 is the same as the path of the arm bending wire 7-1. Description is omitted.

図4は空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。図4において、19は例えばコンプレッサー等の空気圧源、20は空気圧フィルタ20a、空気圧減圧弁20b、及び空気圧用ルブリケータ20cが1組になった空気圧調整ユニットである。21は例えば電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する5ポート流量制御電磁弁である。22は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成された制御コンピュータであり、D/Aボード22aが搭載されており、5ポート流量制御電磁弁21に電圧指令値を出力することにより、それぞれの流体注入出部材18を流れるそれぞれの空気の流量を制御可能とする。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a pneumatic supply driving system for driving the pneumatic artificial muscle. In FIG. 4, 19 is an air pressure source such as a compressor, and 20 is an air pressure adjusting unit in which an air pressure filter 20a, an air pressure reducing valve 20b, and an air pressure lubricator 20c are combined. Reference numeral 21 denotes a 5-port flow rate control electromagnetic valve that controls the flow rate by driving a spool valve or the like with the force of an electromagnet. Reference numeral 22 denotes a control computer constituted by, for example, a general personal computer, which is equipped with a D / A board 22a, and outputs a voltage command value to the 5-port flow rate control solenoid valve 21 so that each fluid can be injected and discharged. The flow rate of each air flowing through the member 18 can be controlled.

図4に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源19により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット20により減圧され、例えば600kPaといった一定圧力に調整され、5ポート流量制御電磁弁23に供給される。5ポート流量制御電磁弁21の開度は、制御コンピュータ22よりD/Aボード22aを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。5ポート流量制御電磁弁21には、一対の空気圧人工筋201−1,201−2の管状弾性体15の流体注入出部材18がそれぞれ接続されている。一対の空気圧人工筋201−1,201−2は支持棒203沿いに大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体15の流体注入出部材18側の端部が、支持棒203の端部に固定された支持板202に固定されている。一対の空気圧人工筋201−1,201−2の管状弾性体15の他方の端部側には、支持棒203に回転関節軸200で回転自在に支持されたT字状の回動部材204が支持され、この回動部材204に一対の空気圧人工筋201−1,201−2のそれぞれの管状弾性体15の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空気圧人工筋201−1,201−2のそれぞれの管状弾性体15が伸縮することにより、回動部材204が回転関節軸200回りに正逆回転駆動される。   According to the air pressure supply drive system shown in FIG. 4, the high-pressure air generated by the air pressure source 19 is depressurized by the air pressure adjusting unit 20, adjusted to a constant pressure such as 600 kPa, and supplied to the 5-port flow control electromagnetic valve 23. The The opening degree of the 5-port flow rate control solenoid valve 21 is controlled in proportion to the voltage command value output from the control computer 22 via the D / A board 22a. A fluid injecting member 18 of a tubular elastic body 15 of a pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 is connected to the 5-port flow rate control electromagnetic valve 21, respectively. The pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 are arranged substantially parallel along the support rod 203, and the end of each tubular elastic body 15 on the fluid injection member 18 side is fixed to the end of the support rod 203. The support plate 202 is fixed. On the other end side of the tubular elastic body 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2, a T-shaped rotating member 204 that is rotatably supported by the support rod 203 with the rotary joint shaft 200 is provided. The other end of each of the tubular elastic bodies 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 is rotatably supported by the rotating member 204. Therefore, as described below, when the tubular elastic bodies 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 expand and contract, the rotating member 204 is driven to rotate forward and backward around the rotary joint axis 200. .

制御コンピュータ22より、正の電圧指令値がD/Aボード22aから5ポート流量制御電磁弁21に入力された場合には、図4に示すように空気圧回路記号のAで示した状態になり、空気圧源21側から空気圧人工筋201−1の管状弾性体15の流体注入出部材18側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋201−1側に供給される。また、空気圧人工筋201−2側は、管状弾性体15の流体注入出部材18から大気圧側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋201−2側から大気中へ排気される。したがって、図4に示すように、空気圧人工筋201−1の全長が縮み、空気圧人工筋201−2の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸200は矢印で示されるように右回転運動を行う。   When a positive voltage command value is input from the D / A board 22a to the 5-port flow control solenoid valve 21 from the control computer 22, the state indicated by the pneumatic circuit symbol A as shown in FIG. A flow path from the air pressure source 21 side to the fluid injecting member 18 side of the tubular elastic body 15 of the pneumatic artificial muscle 201-1 is opened via the 5-port flow control solenoid valve 21, and is proportional to the absolute value of the voltage command value. A flow rate of air is supplied to the pneumatic artificial muscle 201-1 side. On the pneumatic artificial muscle 201-2 side, the flow path from the fluid injection member 18 of the tubular elastic body 15 to the atmospheric pressure side is opened via the 5-port flow control solenoid valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional air flow is exhausted from the pneumatic artificial muscle 201-2 side to the atmosphere. Therefore, as shown in FIG. 4, the total length of the pneumatic artificial muscle 201-1 is reduced and the total length of the pneumatic artificial muscle 201-2 is extended, so that the joint shaft 200 is indicated by an arrow at a speed proportional to the absolute value of the voltage command value. Perform a clockwise rotation as shown.

一方、制御コンピュータ22より、負の電圧指令値がD/Aボード22aから5ポート流量制御電磁弁21に入力された場合には、5ポート流量制御電磁弁21が切り替えられて、空気圧回路記号のBで示した状態になり、空気圧人工筋201−2の動作は逆となり、関節軸200は左回転運動を行う。すなわち、空気圧源19側から空気圧人工筋201−2の管状弾性体15の流体注入出部材18側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋201−2側に供給される。また、空気圧人工筋201−1側は、管状弾性体15の流体注入出部材18から大気圧側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋201−1側から大気中へ排気される。したがって、空気圧人工筋201−2の全長が縮み、空気圧人工筋201−1の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸200は矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。   On the other hand, when a negative voltage command value is input from the control computer 22 to the 5-port flow control solenoid valve 21 from the D / A board 22a, the 5-port flow control solenoid valve 21 is switched to indicate the pneumatic circuit symbol. In the state indicated by B, the operation of the pneumatic artificial muscle 201-2 is reversed, and the joint axis 200 performs a counterclockwise movement. That is, the flow path from the air pressure source 19 side to the fluid injecting member 18 side of the tubular elastic body 15 of the pneumatic artificial muscle 201-2 is opened via the 5-port flow rate control electromagnetic valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional flow rate of air is supplied to the pneumatic artificial muscle 201-2 side. On the pneumatic artificial muscle 201-1 side, the flow path from the fluid injection member 18 of the tubular elastic body 15 to the atmospheric pressure side is opened via the 5-port flow control solenoid valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional air flow is exhausted from the pneumatic artificial muscle 201-1 side into the atmosphere. Accordingly, when the total length of the pneumatic artificial muscle 201-2 is reduced and the total length of the pneumatic artificial muscle 201-1 is extended, the joint axis 200 is shown in the direction opposite to the arrow at a speed proportional to the absolute value of the voltage command value. Perform a rotational motion.

以上の構成のワイヤ誘導機構を有する関節構造体の動作について説明する。   The operation of the joint structure having the wire guiding mechanism configured as described above will be described.

図5A,図5Bは本発明の第1実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作をそれぞれ示す図である。   5A and 5B are diagrams respectively showing the operation of the robot arm when the joint structure in the first embodiment of the present invention is applied to the robot arm.

上記したように、第1直動アクチュエータ4の2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2は、図1Aの左側の第1直動アクチュエータ4−1と図1Aの右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が第1構造体1を挟んで第1回転関節3に関して対向するように回転ジョイント5−1、5−2により第2構造体2に接続されている。したがって、図1Aの左側の第1直動アクチュエータ4−1が伸張し、図1Aの右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が収縮すれば、図5Aに示されるように、第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生する。逆に、図1Aの左側の第1直動アクチュエータ4−1が収縮し、図1Aの右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が伸張すれば、第1回転関節3の回転軸3a回りの時計方向の回転運動が発生する。   As described above, the two first linear actuators 4-1 and 4-2 of the first linear actuator 4 are different from the first linear actuator 4-1 on the left side of FIG. 1A and another one on the right side of FIG. 1A. The first linear actuator 4-2 is connected to the second structure 2 by the rotary joints 5-1 and 5-2 so as to face the first rotary joint 3 with the first structure 1 interposed therebetween. Accordingly, when the first linear actuator 4-1 on the left side of FIG. 1A expands and the other first linear actuator 4-2 on the right side of FIG. 1A contracts, as shown in FIG. 5A, the first rotation is performed. A counterclockwise rotational movement around the rotational axis 3a of the joint 3 occurs. Conversely, if the first linear actuator 4-1 on the left side in FIG. 1A contracts and the other first linear actuator 4-2 on the right side in FIG. 1A expands, the first rotary joint 3 rotates about the rotation axis 3a. A clockwise rotational movement of is generated.

ここで、本発明の第1実施形態の特徴は、回転ガイドプーリー8−1、8−2、固定ガイドプーリー9−1、9−2、可動回転プーリー10−1、10−2によりアーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2が誘導されている点にある。その作用を図6A及び図6Bを用いて説明する。   Here, the first embodiment of the present invention is characterized in that the arm is bent by the rotation guide pulleys 8-1 and 8-2, the fixed guide pulleys 9-1 and 9-2, and the movable rotation pulleys 10-1 and 10-2. The wires 7-1 and 7-2 are guided. The operation will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.

上記したように、第1直動アクチュエータ4−1,4−2の動作により、図5Aに示すように第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図6Aの矢印Aで示すように、回転ガイドプーリー8−1、固定ガイドプーリー9−1に対する、可動回転プーリー10−1の、第1回転関節3の回転軸3a回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ7−1が回転ガイドプーリー8−1の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加し、角度βに相当する円周分だけ減少するが、矢印Bで示す、可動回転プーリー10−1の回転軸10−1a回りの時計回りの回転運動によりアーム屈曲用ワイヤ7−1が誘導され、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあう。さらに、角度α=角度βであることから、結局、回転ガイドプーリー8−1と可動回転プーリー10−1の距離Lは変化しない。したがって、レバー11−1の支点11−1a回りの第2構造体2に対する相対的な回転運動は発生しない。   As described above, by the operation of the first linear actuators 4-1 and 4-2, the counterclockwise rotational motion around the rotational axis 3 a of the first rotary joint 3 of the second structure 2 as shown in FIG. 5A. 6A, as shown by an arrow A in FIG. 6A, relative to the rotary guide pulley 8-1 and the fixed guide pulley 9-1, the movable rotary pulley 10-1 around the rotary shaft 3a of the first rotary joint 3 Rotational motion occurs. At this time, the amount of the arm bending wire 7-1 applied to the circumferential portion of the rotation guide pulley 8-1 increases by the circumference corresponding to the angle α and decreases by the circumference corresponding to the angle β. The arm bending wire 7-1 is guided by the clockwise rotational movement of the movable rotating pulley 10-1 around the rotational axis 10-1a indicated by the arrow B, and the increment and angle corresponding to the circumference corresponding to the angle α. The decrements that are the circumference corresponding to β cancel each other. Further, since the angle α = the angle β, the distance L between the rotation guide pulley 8-1 and the movable rotation pulley 10-1 does not change after all. Therefore, a relative rotational movement with respect to the second structure 2 around the fulcrum 11-1a of the lever 11-1 does not occur.

以上のワイヤ誘導動作は、回転ガイドプーリー8−2、固定ガイドプーリー9−2、可動回転プーリー10−2によるアーム屈曲用ワイヤ7−2の誘導でも同様である。   The wire guiding operation described above is the same for guiding the arm bending wire 7-2 by the rotation guide pulley 8-2, the fixed guide pulley 9-2, and the movable rotation pulley 10-2.

従って、ハンド駆動用ワイヤ14−1、ハンド駆動用ワイヤ14−2によりレバー11−1、11−2に接続されたハンド12の第2構造体2に対する第2回転関節13回りの相対的な回転運動は、第1直動アクチュエータ4の動作による第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの回転運動によって発生しない。   Therefore, relative rotation around the second rotary joint 13 with respect to the second structure 2 of the hand 12 connected to the levers 11-1 and 11-2 by the hand drive wire 14-1 and the hand drive wire 14-2. The motion is not generated by the rotational motion around the rotational axis 3 a of the first rotary joint 3 of the second structure 2 due to the operation of the first linear actuator 4.

一方、第2直動アクチュエータ6−1を収縮させ、第2直動アクチュエータ6−2を伸張させた場合、アーム屈曲用ワイヤ7−1は、図6Bの矢印Cで示すように引っ張られ、回転ガイドプーリー8−1は、矢印Dで示すように、第1回転関節3の回転軸3a回りに時計方向の回転運動を行い、アーム屈曲用ワイヤ7−1を第2直動アクチュエータ6−1側へと送り出す。ところが、アーム屈曲用ワイヤ7−1は固定ガイドプーリー9−1に固定されているため(図2参照)、可動回転プーリー10−1は、矢印Eで示すように、回転軸10−1a回りに時計方向の回転運動を行いながら、矢印Fで示すように、回転ガイドプーリー8−1の方へと近づく運動を行い、回転ガイドプーリー8−1と可動回転プーリー10−1の距離Lは、例えば、運動前の距離L1から距離L2(ただし、L1>L2)というように短縮される。したがって、図5Bに示すように、レバー11−1は、支点11−1a回りの第2構造体2に対する反時計回りの相対的な回転運動を行う。逆に、回転ガイドプーリー8−2、固定ガイドプーリー9−2、可動回転プーリー10−2によるアーム屈曲用ワイヤ7−2の誘導では、図5Bに示すように、レバー11−2は、支点11−2a回りの第2構造体2に対する時計回りの相対的な回転運動を行う。   On the other hand, when the second linear actuator 6-1 is contracted and the second linear actuator 6-2 is extended, the arm bending wire 7-1 is pulled and rotated as indicated by an arrow C in FIG. 6B. As indicated by an arrow D, the guide pulley 8-1 performs a clockwise rotational movement around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3, and moves the arm bending wire 7-1 to the second linear actuator 6-1 side. To send to. However, since the arm bending wire 7-1 is fixed to the fixed guide pulley 9-1 (see FIG. 2), the movable rotating pulley 10-1 moves around the rotating shaft 10-1a as indicated by an arrow E. While performing a clockwise rotational movement, as indicated by an arrow F, a movement toward the rotation guide pulley 8-1 is performed, and the distance L between the rotation guide pulley 8-1 and the movable rotation pulley 10-1 is, for example, , The distance L1 before the exercise is shortened to a distance L2 (where L1> L2). Therefore, as shown in FIG. 5B, the lever 11-1 performs a relative counterclockwise rotational movement with respect to the second structure 2 around the fulcrum 11-1a. On the contrary, in the induction of the arm bending wire 7-2 by the rotation guide pulley 8-2, the fixed guide pulley 9-2, and the movable rotation pulley 10-2, as shown in FIG. A clockwise relative rotational movement with respect to the second structure 2 around −2a is performed.

したがって、図5Bに示すように、ハンド駆動用ワイヤ14−1、ハンド駆動用ワイヤ14−2によりレバー11−1、11−2に接続されたハンド12は、第2構造体2に対する第2回転関節13回りの反時計回りの相対的な回転運動を行う。   Therefore, as shown in FIG. 5B, the hand 12 connected to the levers 11-1 and 11-2 by the hand driving wire 14-1 and the hand driving wire 14-2 is rotated second with respect to the second structure 2. A counter-clockwise relative rotational movement around the joint 13 is performed.

以上のように、本発明の第1実施形態の関節構造体によれば、回転ガイドプーリー8−1、8−2、固定ガイドプーリー9−1、9−2、可動回転プーリー10−1、10−2によりアーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2が誘導される構成とすることにより、第1回転関節3の回転軸3a回りの回転運動に影響を受けることなく、第1構造体1に配設された第2直動アクチュエータ6の駆動力を、第1回転関節3を越えて、ロボットアーム100の先端側に伝達することが可能となる。   As described above, according to the joint structure of the first embodiment of the present invention, the rotation guide pulleys 8-1 and 8-2, the fixed guide pulleys 9-1 and 9-2, the movable rotation pulleys 10-1 and 10. -2, the arm bending wires 7-1 and 7-2 are guided, so that the first structure 1 is not affected by the rotational motion of the first rotary joint 3 around the rotation axis 3a. The driving force of the arranged second linear actuator 6 can be transmitted to the distal end side of the robot arm 100 beyond the first rotary joint 3.

したがって、第2回転関節13回りの運動を駆動するアクチュエータを、第2直動アクチュエータ6のように、ロボットアーム100の根元側に配設することができ、ロボットアーム100の先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。   Therefore, the actuator that drives the movement around the second rotary joint 13 can be disposed on the base side of the robot arm 100 like the second linear actuator 6, and the inertia on the tip side of the robot arm 100 is small. As a result, control performance related to position control and force control is improved, and it is possible to operate at high speed. Further, since the inertia is small, the kinetic energy is also reduced, and the safety at the time of collision is improved.

なお、この第1実施形態では、一例として、第1構造体1に対して第2構造体2は、図1Aの姿勢から、回転軸3aまわりに時計方向及び反時計方向に60度程度ずつ回転可能であり、第2構造体2に対してハンド12も、図1Aの姿勢から、回転軸3aまわりに時計方向及び反時計方向に60度程度ずつ回転可能となっている。   In the first embodiment, as an example, the second structure 2 rotates about 60 degrees clockwise and counterclockwise around the rotation axis 3a from the posture of FIG. 1A with respect to the first structure 1. The hand 12 can also rotate about the rotation axis 3a by about 60 degrees clockwise and counterclockwise from the posture of FIG. 1A with respect to the second structure 2.

(第2実施形態)
図7は本発明の第2実施形態における関節構造体の構造を示す斜視図である。図7では主要な部分のみ記載し、その他の構成は図1A及び図1Bの第1実施形態と同様であるので省略する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように(図1Bと同様に)掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the joint structure in the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, only main parts are described, and other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, and are omitted. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove (similar to FIG. 1B) with respect to each pulley, in the following description and a corresponding figure, it is for simplification. The guide groove is omitted.

図7において、23−1は第1可動回転ガイドプーリーであり、24−1は第2可動回転ガイドプーリーである。第1可動回転ガイドプーリー23−1と第2可動回転ガイドプーリー24−1は同一半径で、かつ、お互いに固定されており一体で回転軸10−1aまわりに回転運動するものであり、第1実施形態の可動回転プーリー10−1に代わるものである。また、第1可動回転ガイドプーリー23−1は回転ガイドプーリー8−1と同一平面上に配設され、第2可動回転ガイドプーリー24−1は固定ガイドプーリー9−1と同一平面上に配設されている。   In FIG. 7, reference numeral 23-1 denotes a first movable rotation guide pulley, and 24-1 denotes a second movable rotation guide pulley. The first movable rotation guide pulley 23-1 and the second movable rotation guide pulley 24-1 have the same radius, are fixed to each other, and rotate together around the rotation shaft 10-1a. It is an alternative to the movable rotating pulley 10-1 of the embodiment. The first movable rotation guide pulley 23-1 is disposed on the same plane as the rotation guide pulley 8-1, and the second movable rotation guide pulley 24-1 is disposed on the same plane as the fixed guide pulley 9-1. Has been.

次に、第2実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。ここでは、第1実施形態のアーム屈曲用ワイヤ7−1が、アーム屈曲用第1ワイヤ27A−1とアーム屈曲用第2ワイヤ27B−1とに分かれて構成されている。すなわち、アーム屈曲用第1ワイヤ27A−1は、回転ガイドプーリー8−1に掛けられ(矢印(1)参照)、方向を曲げられた後(矢印(2)参照)、第1可動回転ガイドプーリー23−1に掛けられ(矢印(3A)参照)、第1可動回転ガイドプーリー23−1の円周上のワイヤ固定点25−1で端部が固定されている。   Next, the wire path of the joint structure in the second embodiment will be described. Here, the arm bending wire 7-1 of the first embodiment is divided into a first arm bending wire 27A-1 and a second arm bending wire 27B-1. That is, the first arm bending wire 27A-1 is hung on the rotation guide pulley 8-1 (see arrow (1)) and bent in direction (see arrow (2)), and then the first movable rotation guide pulley. 23-1 (see arrow (3A)), the end is fixed at a wire fixing point 25-1 on the circumference of the first movable rotation guide pulley 23-1.

また、第2可動回転ガイドプーリー24−1の円周上のワイヤ固定点26−1には、アーム屈曲用第2ワイヤ27B−1の端部が固定され、アーム屈曲用第2ワイヤ27B−1を第2可動回転ガイドプーリー24−1に掛け回したのち(矢印(3B)参照)、固定ガイドプーリー9−1側に導かれたのち(矢印(4)参照)、固定ガイドプーリー9−1に掛け回されて(矢印(5)参照)、アーム屈曲用第2ワイヤ27B−1のもう一方の端部は固定ガイドプーリー9−1のワイヤ固定点28−1に固定されている。   Further, the end of the second arm bending wire 27B-1 is fixed to the wire fixing point 26-1 on the circumference of the second movable rotating guide pulley 24-1, and the second arm bending wire 27B-1 is fixed. Is routed around the second movable rotating guide pulley 24-1 (see arrow (3B)), and after being guided to the fixed guide pulley 9-1 side (see arrow (4)), the fixed guide pulley 9-1 The other end of the second arm bending wire 27B-1 is fixed to the wire fixing point 28-1 of the fixed guide pulley 9-1.

以上の構成と同様な構成が、第2構造体2を挟んで反対側の位置に、第1可動回転ガイドプーリー23−2と第2可動回転ガイドプーリー24−2とアーム屈曲用第1ワイヤ27A−2とアーム屈曲用第2ワイヤ27B−2とによって構成されており、第1実施形態の可動回転プーリー10−2に代わるものである。   The same configuration as the above configuration is the first movable rotation guide pulley 23-2, the second movable rotation guide pulley 24-2, and the arm bending first wire 27A at positions opposite to each other across the second structure 2. -2 and the arm bending second wire 27B-2, which replaces the movable rotating pulley 10-2 of the first embodiment.

以上説明した本発明の第2実施形態の関節構造体によれば、第1可動回転ガイドプーリー23−1、23−2と第2可動回転ガイドプーリー24−1、24−2が配設されていることにより、アーム屈曲用第1ワイヤ27A−1、27A−2及びアーム屈曲用第2ワイヤ27B−1、27B−2の経路はそれぞれ1つの平面内に収まり、プーリー間でアーム屈曲用ワイヤが斜めに掛け渡される箇所が存在せず、アーム屈曲用ワイヤがプーリーより脱落する危険性を少なくすることができ、より確実にロボットアーム100を動作させることが可能となる。   According to the joint structure of the second embodiment of the present invention described above, the first movable rotation guide pulleys 23-1, 23-2 and the second movable rotation guide pulleys 24-1, 24-2 are arranged. As a result, the paths of the first arm bending wires 27A-1 and 27A-2 and the second arm bending wires 27B-1 and 27B-2 are within one plane, and the arm bending wires are connected between the pulleys. There is no place where the arm is stretched obliquely, and the risk of the arm bending wire dropping off from the pulley can be reduced, and the robot arm 100 can be operated more reliably.

(第3実施形態)
図8は本発明の第3実施形態における関節構造体の構造を示す斜視図である。図8では主要な部分のみ記載し、その他の構成は図1A及び図1Bの第1実施形態と同様であるので省略する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように(図1Bと同様に)掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the joint structure in the third embodiment of the present invention. FIG. 8 shows only main parts, and other configurations are the same as those of the first embodiment of FIGS. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove (similar to FIG. 1B) with respect to each pulley, in the following description and a corresponding figure, it is for simplification. The guide groove is omitted.

第3実施形態における関節構造体は、第1実施形態における関節構造体と比べると固定ガイド29−1の部分の構成が異なる。固定ガイド29−1は第1実施形態における関節構造体の固定ガイドプーリー9−1,9−2のように円板形状ではなく、アーム屈曲用ワイヤ7−1が接触する部分付近のみを円弧状に形成し、アーム屈曲用ワイヤ7−1を誘導する溝を形成した構造となっている。この固定ガイド29−1の円弧状の部分に対しては、図2と同様に、例えば矢印(1)〜(5)の順にアーム屈曲用ワイヤ7−1が掛け回されている。   The joint structure in the third embodiment differs from the joint structure in the first embodiment in the configuration of the fixed guide 29-1. The fixed guide 29-1 is not in the shape of a disk like the fixed guide pulleys 9-1 and 9-2 of the joint structure in the first embodiment, but only in the vicinity of the portion where the arm bending wire 7-1 contacts. And a groove for guiding the arm bending wire 7-1 is formed. For example, the arm bending wire 7-1 is wound around the arc-shaped portion of the fixed guide 29-1 in the order of arrows (1) to (5) as in FIG.

以上のような構成によれば、例えば、第1構造体1の一部分や、第1構造体1に固定された他の部品の一部分を円弧状に形成することにより固定ガイド29−1が構成できるので、固定ガイド29−1のための専用の部品が不要となり、部品点数の削減や、小型化が可能となる。   According to the above configuration, for example, the fixed guide 29-1 can be configured by forming a part of the first structure 1 and a part of other parts fixed to the first structure 1 in an arc shape. Therefore, a dedicated part for the fixed guide 29-1 is not necessary, and the number of parts can be reduced and the size can be reduced.

(第4実施形態)
図9A及び図9Bは本発明の第4実施形態にかかる関節機構における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
(Fourth embodiment)
9A and 9B are general views showing a robot arm when a joint structure in a joint mechanism according to a fourth embodiment of the present invention is applied to the robot arm.

図9A及び図9Bにおいて、30−1、30−2は第1回転ガイドプーリーであり、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3aと同軸となるように回転自在に第1構造体1又は第2構造体2に配設されており、軸受けなどを介して回転軸3a回りに自在に回転運動可能である。図9A及び図9Bにおいて、奥側の第1回転ガイドプーリー30−2は手前側の第1回転ガイドプーリー30−1の影となるため図示されていない。   9A and 9B, reference numerals 30-1 and 30-2 denote first rotation guide pulleys, which are coaxial with the rotation shaft 3a of the first rotation joint 3 at respective positions facing each other with the second structure 2 interposed therebetween. The first structure 1 or the second structure 2 is rotatably arranged so as to be freely rotatable around the rotation shaft 3a via a bearing or the like. 9A and 9B, the first rotation guide pulley 30-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the first rotation guide pulley 30-1 on the near side.

31−1、31−2は第2回転ガイドプーリーであり、半径が第1回転ガイドプーリー30−1、30−2と等しく、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3a及び第1回転ガイドプーリー30−1、30−2の回転軸と同軸となるように回転自在に配設されており、軸受けなどを介して回転軸3a回りに自在に回転運動可能であり、また、第1回転ガイドプーリー30−1、30−2に対しても相対的に回転運動可能である。図9A及び図9Bにおいて、奥側の第2回転ガイドプーリー31−1、31−2は手前側の第2回転ガイドプーリー31−1の影となるため図示されていない。   Reference numerals 31-1 and 31-2 denote second rotation guide pulleys having a radius equal to that of the first rotation guide pulleys 30-1 and 30-2, and the first rotation guide pulleys 31-1 and 31-2 are opposed to each other with the second structure 2 therebetween. The rotary joint 3 is rotatably arranged so as to be coaxial with the rotary shaft 3a of the rotary joint 3 and the rotary shafts of the first rotary guide pulleys 30-1 and 30-2, and freely around the rotary shaft 3a via a bearing or the like. It can be rotated and can also be rotated relative to the first rotation guide pulleys 30-1 and 30-2. 9A and 9B, the second rotation guide pulleys 31-1 and 31-2 on the back side are not shown because they are shadows of the second rotation guide pulley 31-1 on the near side.

32−1、32−2は、回転軸32−1a、32−2aに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第1構造体1に配設される補助回転ガイドプーリーであり、第2直動アクチュエータ6−1、6−2の下端と第2回転ガイドプーリー31−1、31−2との略中間部における、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置に、第1構造体1に対して、回転自在に配設されており、自在に回転運動可能である。図9A及び図9Bにおいて、奥側の補助回転ガイドプーリー32−2は手前側の補助回転ガイドプーリー32−1の影となるため図示されていない。   32-1 and 32-2 are auxiliary rotation guide pulleys disposed in the first structure 1 so as to be rotatable with respect to the rotary shafts 32-1a and 32-2a via bearings or the like. The first structure is located at a position substantially opposite to the lower end of the linear actuators 6-1 and 6-2 and the second rotation guide pulleys 31-1 and 31-2 across the second structure 2. It is rotatably arranged with respect to the body 1 and can freely rotate. 9A and 9B, the auxiliary rotation guide pulley 32-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the auxiliary rotation guide pulley 32-1 on the near side.

次に、図10を用いて第4実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。図10は本発明の第4実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように(図1Bと同様に)掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。   Next, the wire path of the joint structure in the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure in the fourth embodiment of the present invention. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove (similar to FIG. 1B) with respect to each pulley, in the following description and a corresponding figure, it is for simplification. The guide groove is omitted.

第2直動アクチュエータ6−1の下端部に一端部が固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1は、第1回転ガイドプーリー30−1へと導かれ、第1回転ガイドプーリー30−1により経路を曲げられた後(矢印(11)参照)、図10の紙面上で第1回転関節3の関節軸3aより下方から可動回転プーリー10−1へと導かれ(矢印(12)参照)、さらに、可動回転プーリー10−1の図10の紙面上で下方側へと導かれる。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は、可動回転プーリー10−1により、方向を転換するように曲げられ(矢印(13)参照)、可動回転プーリー10−1の図10の紙面上で上方側より第2回転ガイドプーリー31−1の図10の紙面上で上方側へと導かれる(矢印(14)参照)。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は、第2回転ガイドプーリー31−1の外周に沿って略一周し(矢印(15)参照)、図10の紙面上で上方側より補助回転ガイドプーリー32−1の紙面上で下方側へと導かれる(矢印(16)参照)。補助回転ガイドプーリー32−1に導かれたアーム屈曲用ワイヤ7−1は、補助回転ガイドプーリー32−1の外周に沿うことにより、向きを変えられ(矢印(17)参照)、紙面上の上方へと導かれ、最後に、そのアーム屈曲用ワイヤ7−1の他端部が、アーム屈曲用ワイヤ7−1の上記一端部が固定された第2直動アクチュエータ6−1の下端部と略同一の箇所に固定されている。   The arm bending wire 7-1 having one end fixed to the lower end of the second linear actuator 6-1 is guided to the first rotation guide pulley 30-1, and is routed by the first rotation guide pulley 30-1. Is bent (see arrow (11)), then guided from below the joint shaft 3a of the first rotary joint 3 to the movable rotary pulley 10-1 on the paper surface of FIG. 10 (see arrow (12)), and further The movable rotating pulley 10-1 is guided downward on the paper surface of FIG. Thereafter, the arm bending wire 7-1 is bent by the movable rotating pulley 10-1 so as to change its direction (see arrow (13)), and the upper side of the movable rotating pulley 10-1 on the paper surface of FIG. Thus, the second rotation guide pulley 31-1 is guided upward on the paper surface of FIG. 10 (see arrow (14)). Thereafter, the arm bending wire 7-1 makes one round along the outer periphery of the second rotation guide pulley 31-1 (see arrow (15)), and the auxiliary rotation guide pulley 32- 1 is led downward on the paper surface (see arrow (16)). The arm bending wire 7-1 guided to the auxiliary rotation guide pulley 32-1 is changed in direction by being along the outer periphery of the auxiliary rotation guide pulley 32-1 (see the arrow (17)), and the upper part on the paper surface. Finally, the other end of the arm bending wire 7-1 is substantially the same as the lower end of the second linear actuator 6-1 to which the one end of the arm bending wire 7-1 is fixed. It is fixed in the same place.

以上の構成と同様な構成が、第2構造体2を挟んで反対側の位置に、第1回転ガイドプーリー30−2と第2回転ガイドプーリー31−2と補助回転ガイドプーリー32−2とアーム屈曲用ワイヤ7−2とによって構成されている。   A configuration similar to the above configuration has the first rotation guide pulley 30-2, the second rotation guide pulley 31-2, the auxiliary rotation guide pulley 32-2 and the arm at positions opposite to each other across the second structure 2. And a bending wire 7-2.

以上説明した本発明の第4実施形態の関節構造体の動作について、図11を用いて説明する。   The operation of the joint structure according to the fourth embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.

第1回転関節3の回転軸3a周りの第1構造体1と第2構造体2の相対的な揺動運動に関しては、図6Aと同様の原理により、第1構造体1と第2構造体2の相対的な揺動運動によってレバー11−1、11−2の運動は影響を受けない。   Regarding the relative swinging motion of the first structure 1 and the second structure 2 around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3, the first structure 1 and the second structure are based on the same principle as in FIG. 6A. The movements of the levers 11-1 and 11-2 are not affected by the relative swinging movement of the two.

一方、第2直動アクチュエータ6−1が収縮するとアーム屈曲用ワイヤ7−1は矢印A、Bで示す方向に両端部が引っ張られる。これに対応するため、第1回転ガイドプーリー30−1は矢印Cに示すように時計方向の回転を行い、アーム屈曲用ワイヤ7−1を上向きに送り出す。また、補助回転ガイドプーリー32−1が矢印Dで示すように時計方向の回転を行い、第2回転ガイドプーリー31−1が矢印Eで示すように反時計方向の回転を行い、それぞれ、アーム屈曲用ワイヤ7−1を送り出す。結局、可動回転プーリー10−1は矢印Fで示すように引き寄せられ、第1回転関節3の回転軸3aから可動回転プーリー10−1の回転軸10−1aまでの距離Lは、運動前の距離L1から距離L3へと変化する。なお、図11において、点線で示された可動回転プーリー10−1は、第1実施形態の図6Bでの可動回転プーリー10−1の位置を示しており、この位置での距離L2よりも、図11での距離L3の方が小さくなり、その差(L2−L3)の分だけ、可動回転プーリー10−1の移動距離が大きくなっている。   On the other hand, when the second linear motion actuator 6-1 contracts, both ends of the arm bending wire 7-1 are pulled in the directions indicated by arrows A and B. In order to cope with this, the first rotation guide pulley 30-1 rotates clockwise as indicated by an arrow C, and sends the arm bending wire 7-1 upward. Further, the auxiliary rotation guide pulley 32-1 rotates clockwise as indicated by an arrow D, and the second rotation guide pulley 31-1 rotates counterclockwise as indicated by an arrow E, respectively. The wire 7-1 is sent out. Eventually, the movable rotating pulley 10-1 is attracted as shown by the arrow F, and the distance L from the rotating shaft 3a of the first rotating joint 3 to the rotating shaft 10-1a of the movable rotating pulley 10-1 is the distance before the exercise. It changes from L1 to distance L3. In addition, in FIG. 11, the movable rotation pulley 10-1 shown with the dotted line has shown the position of the movable rotation pulley 10-1 in FIG. 6B of 1st Embodiment, and rather than the distance L2 in this position, The distance L3 in FIG. 11 is smaller, and the moving distance of the movable rotating pulley 10-1 is increased by the difference (L2-L3).

本発明の第4実施形態の関節構造体によれば、第2回転ガイドプーリー31−1、31−2と補助回転ガイドプーリー32−1、32−2が配設されていることにより、アーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2が第2直動アクチュエータ6−1、6−2によって、それぞれ両端を引っ張られるため、可動回転プーリー10−1、10−2の移動量である(L1−L2)の値は、第1実施形態の場合と比べ、第2直動アクチュエータ6−1、6−2の同じ収縮量に対し、移動量である(L1−L2)の値は2倍となる。したがって、ロボットアームの関節の可動範囲を大きくすることが可能となる。   According to the joint structure of the fourth embodiment of the present invention, the second rotation guide pulleys 31-1 and 31-2 and the auxiliary rotation guide pulleys 32-1 and 32-2 are arranged, thereby bending the arm. Since the wires 7-1 and 7-2 are pulled at both ends by the second linear actuators 6-1 and 6-2, respectively, this is the amount of movement of the movable rotary pulleys 10-1 and 10-2 (L1-L2). The value of) is twice as large as the amount of movement (L1-L2) with respect to the same contraction amount of the second linear actuators 6-1, 6-2 as compared with the case of the first embodiment. Therefore, the movable range of the joint of the robot arm can be increased.

(第5実施形態)
図12は本発明の第5実施形態にかかる関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 is an overall view showing a robot arm when the joint structure according to the fifth embodiment of the present invention is applied to the robot arm.

図12において、33−1、33−2は第3回転ガイドプーリーであり、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3aと同軸となるように回転自在に配設されており、軸受けなどを介して回転軸3a回りに自在に回転運動可能である。図12において、奥側の第3回転ガイドプーリー33−2は手前側の第3回転ガイドプーリー33−1の影となるため図示されていない。   In FIG. 12, 33-1 and 33-2 are 3rd rotation guide pulleys, and it is coaxial with the rotating shaft 3a of the 1st rotation joint 3 in each position which opposes on both sides of the 2nd structure 2. In FIG. It is rotatably arranged and can be freely rotated around the rotation shaft 3a via a bearing or the like. In FIG. 12, the third rotation guide pulley 33-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the third rotation guide pulley 33-1 on the near side.

34−1、34−2は第4回転ガイドプーリーであり、第3回転ガイドプーリー33−1、33−2と半径が等しく、第2構造体2の上側突出部2cに固定された回転軸34−1a、34−2aに対して、軸受けなどを介して、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において第2構造体2に回転自在に配設されており、回転軸34−1a、34−2aを中心として第2構造体2に対して相対的に回転運動可能となっている。   Reference numerals 34-1 and 34-2 denote fourth rotation guide pulleys having the same radius as the third rotation guide pulleys 33-1 and 33-2, and the rotation shaft 34 fixed to the upper protruding portion 2c of the second structure 2. -1a and 34-2a are rotatably arranged on the second structure 2 at respective positions facing the second structure 2 with bearings or the like interposed therebetween, and the rotation shaft 34-1a , 34-2a as a center, it can rotate relative to the second structure 2.

また、35−1、35−2は第1平行リンクであり、それぞれの一端部が支点35−1a、35−2aにおいて第1構造体1と接続されており、支点35−1a、35−2aを中心として第1構造体1に対して相対的に揺動運動可能である。   Reference numerals 35-1 and 35-2 denote first parallel links, each of which is connected to the first structure 1 at fulcrums 35-1a and 35-2a, and the fulcrums 35-1a and 35-2a. Is capable of swinging relative to the first structure 1.

36−1、36−2は第2平行リンクであり、それぞれの一端部が、支点36−1a、36−2aにおいて第1平行リンク35−1、35−2の他端部と接続されており、支点36−1a、36−2aを中心として第1平行リンク35−1、35−2に対して相対的に揺動運動可能である。また、第2平行リンク35−1、35−2の他端部は、それぞれ、第4回転ガイドプーリー34−1、34−2に固定されており、第2平行リンク35−1、35−2と第4回転ガイドプーリー34−1、34−2は、それぞれ、相対的に運動不可となっている。   36-1 and 36-2 are 2nd parallel links, and each one end part is connected with the other end part of the 1st parallel links 35-1 and 35-2 in the fulcrum 36-1a and 36-2a. Oscillating relative to the first parallel links 35-1 and 35-2 around the fulcrums 36-1a and 36-2a. The other end portions of the second parallel links 35-1 and 35-2 are fixed to the fourth rotation guide pulleys 34-1 and 34-2, respectively, and the second parallel links 35-1 and 35-2 are fixed. The fourth rotation guide pulleys 34-1 and 34-2 are relatively immovable.

第1平行リンク35−1、35−2、第2平行リンク36−1、36−2、第1構造体1、及び、第2構造体2は、支点35−1a、35−2a、支点36−1a、36−2a、第1回転関節3の回転軸3a、及び、第4回転ガイドプーリー34−1、34−2の回転軸34−1a、34−2aを4支点とする4節リンク構造(平行リンク構造)を構成している。   The first parallel links 35-1 and 35-2, the second parallel links 36-1 and 36-2, the first structure 1, and the second structure 2 are fulcrums 35-1 a and 35-2 a and a fulcrum 36. -1a, 36-2a, the rotation shaft 3a of the first rotation joint 3, and the rotation shafts 34-1a, 34-2a of the fourth rotation guide pulleys 34-1 and 34-2 are used as four fulcrum links. (Parallel link structure).

次に、図13を用いて第5実施形態における関節構造体のワイヤ誘導機構のワイヤの経路について説明する。図13は本発明の第5実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように(図1Bと同様に)掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。   Next, the wire path of the wire guiding mechanism of the joint structure in the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure in the fifth embodiment of the present invention. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove (similar to FIG. 1B) with respect to each pulley, in the following description and a corresponding figure, it is for simplification. The guide groove is omitted.

第2直動アクチュエータ6−1に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1は、第3回転ガイドプーリー33−1へと導かれ、第3回転ガイドプーリー33−1により経路を曲げられた後(矢印(21)参照)、図13の紙面上で第1回転関節3の関節軸3aより下方から可動回転プーリー10−1へと可動回転プーリー10−1の図13の紙面上で下方側へと導かれる(矢印(22)参照)。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は可動回転プーリー10−1により方向を転換するように曲げられ(矢印(23)参照)、可動回転プーリー10−1の図13の紙面上で上方側より第2回転ガイドプーリー34−1の図13の紙面上で上方側へと導かれる(矢印(24)参照)。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は第4回転ガイドプーリー34−1の外周に沿った後(矢印(25)参照)、ワイヤ固定ピン34pにより端部が第2回転ガイドプーリー34−1に固定される。   The arm bending wire 7-1 having one end fixed to the second linear actuator 6-1 is guided to the third rotation guide pulley 33-1, and the path is bent by the third rotation guide pulley 33-1. After (see arrow (21)), the lower side of the movable rotary pulley 10-1 on the plane of FIG. 13 from the lower side of the joint shaft 3a of the first rotary joint 3 to the movable rotary pulley 10-1 on the plane of FIG. (See arrow (22)). Thereafter, the arm bending wire 7-1 is bent so as to change its direction by the movable rotating pulley 10-1 (see arrow (23)), and the arm bending wire 7-1 is changed from the upper side on the paper surface of FIG. 13 of the movable rotating pulley 10-1. The two-rotation guide pulley 34-1 is guided upward on the paper surface of FIG. 13 (see arrow (24)). After that, after the arm bending wire 7-1 runs along the outer periphery of the fourth rotation guide pulley 34-1 (see arrow (25)), the end is fixed to the second rotation guide pulley 34-1 by the wire fixing pin 34p. Is done.

第3回転ガイドプーリー33−2、第4回転ガイドプーリー34−2、可動回転プーリー10−2に対するアーム屈曲用ワイヤ7−2の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The path of the arm bending wire 7-2 with respect to the third rotating guide pulley 33-2, the fourth rotating guide pulley 34-2, and the movable rotating pulley 10-2 is the same as the path of the arm bending wire 7-1. Therefore, detailed description is omitted.

以上説明した本発明の第5実施形態の関節構造体の動作について、図14を用いて説明する。   The operation of the joint structure according to the fifth embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.

第1直動アクチュエータ4−1、4−2の動作により、第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図14の矢印Aで示すように、第3回転ガイドプーリー33−1に対する、可動回転プーリー10−1及び第4回転ガイドプーリー34−1の、第1回転関節3の回転軸3a回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ7−1が第3回転ガイドプーリー33−1の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加する。   When the counterclockwise rotational motion around the rotational axis 3a of the first rotary joint 3 of the second structure 2 is generated by the operation of the first linear actuators 4-1, 4-2, the arrow A in FIG. As shown, relative rotational movement of the movable rotary pulley 10-1 and the fourth rotary guide pulley 34-1 about the rotary shaft 3a of the first rotary joint 3 with respect to the third rotary guide pulley 33-1 occurs. . At this time, the amount of the arm bending wire 7-1 applied to the circumferential portion of the third rotation guide pulley 33-1 increases by the circumference corresponding to the angle α.

一方、可動回転プーリー10−1がPの位置にある場合の、可動回転プーリー10−1と第4回転ガイドプーリー34−1との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ7−1の垂線Xと平行な補助線Yと、可動回転プーリー10−1がQの位置にある場合の、可動回転プーリー10−1と第4回転ガイドプーリー34−1との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ7−1の垂線Zが為す角度をβとすると、第4回転ガイドプーリー34−1は、上記平行リンク構造により第1構造体1と接続されているため、矢印Cで示す回転運動が発生しない(ただし、第4回転ガイドプーリー34−1と第2構造体2の相対的な回転運動は発生する。)ことから、第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動により、アーム屈曲用ワイヤ7−1が第4回転ガイドプーリー34−1の円周部にかかる量は角度βに相当する円周分だけ減少する。   On the other hand, the perpendicular line X of the arm bending wire 7-1 spanned between the movable rotating pulley 10-1 and the fourth rotating guide pulley 34-1 when the movable rotating pulley 10-1 is at the position P. Arm bending wire stretched between the movable rotating pulley 10-1 and the fourth rotating guide pulley 34-1 when the movable rotating pulley 10-1 is in the Q position. Assuming that the angle formed by the perpendicular Z of 7-1 is β, the fourth rotation guide pulley 34-1 is connected to the first structure 1 by the parallel link structure, so that the rotational motion indicated by the arrow C does not occur. (However, the relative rotational movement of the fourth rotation guide pulley 34-1 and the second structure 2 occurs.) Therefore, the counterclockwise around the rotation axis 3a of the first rotation joint 3 of the second structure 2 is obtained. Bending arm by rotational movement in direction The amount of the wire 7-1 is applied to the circumferential portion of the fourth rotating guide pulley 34-1 is reduced by the circumference amount corresponding to the angle beta.

ここで、幾何学的な関係を考えれば、角度α=角度βであることから、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあい、結局、第1回転ガイドプーリー33−1と可動回転プーリー10−1の距離Lは変化しない。したがって、レバー11−1の支点11−1a回りの第2構造体2に対する相対的な回転運動は発生しない。   Here, considering the geometrical relationship, since angle α = angle β, the increase corresponding to the angle α and the decrease corresponding to the angle β are equal to each other. After cancellation, the distance L between the first rotation guide pulley 33-1 and the movable rotation pulley 10-1 does not change. Therefore, a relative rotational movement with respect to the second structure 2 around the fulcrum 11-1a of the lever 11-1 does not occur.

また、第2直動アクチュエータ6−1が収縮すると、図6Bと同様の原理により、第1回転関節3の回転軸3aから可動回転プーリー10−1の回転軸10−1aまでの距離は変化する。   When the second linear actuator 6-1 contracts, the distance from the rotary shaft 3a of the first rotary joint 3 to the rotary shaft 10-1a of the movable rotary pulley 10-1 changes according to the same principle as in FIG. 6B. .

本発明の第5実施形態の関節構造体によれば、平行リンク構造が接続された第4回転ガイドプーリー34−1、34−2を、第3回転ガイドプーリー33−1、33−2と可動回転プーリー10−1、10−2と同一平面内に配設することが可能となるため、第1実施形態の場合と比べて、第1回転関節3の回転軸3aの軸方向沿いの厚みを小さくすることが可能となる。したがって、コンパクトな関節構造のロボットアームとすることが可能となる。また、第4回転ガイドプーリー34−1、34−2を、第3回転ガイドプーリー33−1、33−2と可動回転プーリー10−1、10−2と同一平面内に配設することが可能であるため、アーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2がそれぞれのプーリーのガイド溝から外れにくくなり、ロボットアームの高速移動に好適なものとなる。   According to the joint structure of the fifth embodiment of the present invention, the fourth rotation guide pulleys 34-1 and 34-2 to which the parallel link structure is connected are movable with the third rotation guide pulleys 33-1 and 33-2. Since it becomes possible to arrange | position in the same plane as the rotation pulleys 10-1 and 10-2, compared with the case of 1st Embodiment, the thickness along the axial direction of the rotating shaft 3a of the 1st rotation joint 3 is set. It can be made smaller. Accordingly, a robot arm having a compact joint structure can be provided. Further, the fourth rotation guide pulleys 34-1 and 34-2 can be disposed in the same plane as the third rotation guide pulleys 33-1 and 33-2 and the movable rotation pulleys 10-1 and 10-2. Therefore, the arm bending wires 7-1 and 7-2 are not easily detached from the guide grooves of the respective pulleys, and are suitable for high-speed movement of the robot arm.

(第6実施形態)
図15は本発明の第6実施形態にかかる関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 15 is an overall view showing a robot arm when the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention is applied to the robot arm.

図15において、37−1、37−2は回転ガイドプーリーであり、第2構造体2を挟んで対向するそれぞれの位置において、第1回転関節3の回転軸3aと同軸となるように軸受けなどを介して回転軸3aに対して回転自在に配設されており、回転軸3a回りに自在に回転運動可能である。図15において、奥側の回転ガイドプーリー37−2は手前側の回転ガイドプーリー37−1の影となるため図示されていない。   In FIG. 15, reference numerals 37-1 and 37-2 denote rotation guide pulleys, such as bearings so as to be coaxial with the rotation shaft 3 a of the first rotation joint 3 at respective positions facing each other with the second structure 2 interposed therebetween. Is arranged so as to be rotatable with respect to the rotary shaft 3a, and can be freely rotated around the rotary shaft 3a. In FIG. 15, the rotation guide pulley 37-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the rotation guide pulley 37-1 on the near side.

38−1、38−2は可動ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー37−1、37−2と半径が等しく、レバー11−1の上端部とレバーの下端部11−2に回転自在に配設されており、回転軸38−1a、38−2aを中心としてレバー11−1、11−2に対して相対的に回転運動可能となっている。   Reference numerals 38-1 and 38-2 denote movable guide pulleys having the same radius as the rotation guide pulleys 37-1 and 37-2, and rotatably disposed at the upper end portion of the lever 11-1 and the lower end portion 11-2 of the lever. Thus, it can rotate relative to the levers 11-1 and 11-2 around the rotation shafts 38-1a and 38-2a.

39−1、39−2は第1平行リンクであり、それぞれの一端部が支点35−1a、35−2aにおいて第1構造体1と回転自在に接続されており、支点35−1a、35−2aを中心として第1構造体1に対して相対的に揺動運動可能である。   Reference numerals 39-1 and 39-2 denote first parallel links, each of which is rotatably connected to the first structure 1 at fulcrums 35-1a and 35-2a. Oscillating motion is possible relative to the first structure 1 around 2a.

40−1、40−2はそれぞれの一端が並進・回転ジョイント41−1、41−2に回転自在に連結され、それぞれの他端が可動ガイドプーリー38−1、38−2に固定された第2平行リンクであり、並進・回転ジョイント41−1、41−2によって第1平行リンク39−1、39−2と並進・回転可能に接続されている。並進・回転ジョイント41−1は、図15中に矢印A及び矢印Bで示す方向に第1平行リンク39−1に対して摺動自在でかつ相対的に回転自在に嵌合又は挟持されて並進自由度及び回転自由度を有し、並進・回転ジョイント41−2も第1平行リンク39−2に対して同様な構造となっている。したがって、第1平行リンク39−1、39−2と第2平行リンク40−1、40−2は、並進・回転ジョイント41−1、41−2により、相対的に並進運動可能であり、揺動運動可能である。また、第2平行リンク40−1、40−2のそれぞれの他端は、それぞれ、可動ガイドプーリー38−1、38−2に固定されており、第2平行リンク40−1、40−2と可動ガイドプーリー38−1、38−2は、それぞれ、相対的に運動不可となっているため、第2平行リンク40−1と可動ガイドプーリー38−1、第2平行リンク40−2と可動ガイドプーリー38−2は、それぞれ、一体的に回転するようになっている。   Each of 40-1 and 40-2 is rotatably connected to translation / rotation joints 41-1 and 41-2, and the other end is fixed to movable guide pulleys 38-1 and 38-2. Two parallel links, which are connected to the first parallel links 39-1 and 39-2 by translation / rotation joints 41-1 and 41-2 so as to be able to translate and rotate. The translation / rotation joint 41-1 is slidably fitted in or clamped relative to the first parallel link 39-1 in the directions indicated by arrows A and B in FIG. 15 and translated. The translation / rotation joint 41-2 has the same structure with respect to the first parallel link 39-2. Therefore, the first parallel links 39-1 and 39-2 and the second parallel links 40-1 and 40-2 can be relatively translated by the translation / rotation joints 41-1 and 41-2. Dynamic movement is possible. The other ends of the second parallel links 40-1 and 40-2 are fixed to movable guide pulleys 38-1 and 38-2, respectively. Since the movable guide pulleys 38-1 and 38-2 are relatively immovable, respectively, the second parallel link 40-1, the movable guide pulley 38-1, the second parallel link 40-2, and the movable guide Each of the pulleys 38-2 is configured to rotate integrally.

よって、第1平行リンク39−1、39−2、第2平行リンク40−1、40−2、第1構造体1、及び、第2構造体2は、支点35−1a、35−2a、並進・回転ジョイント41−1、41−2、第1回転関節3の回転軸3a、及び、可動ガイドプーリーの回転軸38−1a、38−2aを4支点とする4節リンク構造(平行リンク構造)を構成している。   Therefore, the first parallel links 39-1 and 39-2, the second parallel links 40-1 and 40-2, the first structure 1, and the second structure 2 are fulcrums 35-1a, 35-2a, Four-joint link structure (parallel link structure) with translation / rotation joints 41-1 and 41-2, rotation shaft 3a of first rotation joint 3 and rotation shafts 38-1a and 38-2a of the movable guide pulley as four fulcrums ).

次に、図16を用いて第6実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。図16は本発明の第6実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように(図1Bと同様に)掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。   Next, the wire path of the joint structure in the sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove (similar to FIG. 1B) with respect to each pulley, in the following description and a corresponding figure, it is for simplification. The guide groove is omitted.

第2直動アクチュエータ6−1に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1は回転ガイドプーリー37−1へと導かれ、回転ガイドプーリー37−1により経路を曲げられた後、図16の紙面上で第1回転関節3の関節軸3aより下方から可動回転プーリー38−1へと可動回転プーリー38−1の図13の紙面上で下方側へと導かれる。その後、アーム屈曲用ワイヤ7−1は回転プーリー38−1の外周に沿った後、ワイヤ固定ピン38pにより端部が可動プーリー38−1に固定される。   The arm bending wire 7-1 having one end fixed to the second linear actuator 6-1 is guided to the rotation guide pulley 37-1, and the path is bent by the rotation guide pulley 37-1. From the lower side of the joint shaft 3a of the first rotary joint 3 on the paper surface, the movable rotary pulley 38-1 is guided to the lower side on the paper surface of FIG. 13 of the movable rotary pulley 38-1. Thereafter, after the arm bending wire 7-1 runs along the outer periphery of the rotary pulley 38-1, the end thereof is fixed to the movable pulley 38-1 by the wire fixing pin 38p.

回転ガイドプーリー37−2、可動プーリー38−2に対するアーム屈曲用ワイヤ7−2の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Since the path of the arm bending wire 7-2 with respect to the rotation guide pulley 37-2 and the movable pulley 38-2 is the same as the path of the arm bending wire 7-1, detailed description thereof is omitted.

以上説明した本発明の第6実施形態の関節構造体の動作について、図17を用いて説明する。   The operation of the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.

第1直動アクチュエータ4−1、4−2の動作により、第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図17の矢印Aで示すように、回転ガイドプーリー37−1に対する、可動プーリー38−1の、第1回転関節3の回転軸3a回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ7−1が第1回転ガイドプーリー37−1の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加する。   When the counterclockwise rotational motion around the rotational axis 3a of the first rotary joint 3 of the second structure 2 is generated by the operation of the first linear actuators 4-1, 4-2, the arrow A in FIG. As shown, relative rotational movement of the movable pulley 38-1 around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3 with respect to the rotation guide pulley 37-1 occurs. At this time, the amount of the arm bending wire 7-1 applied to the circumferential portion of the first rotation guide pulley 37-1 increases by the circumference corresponding to the angle α.

一方、可動プーリー38−1がPの位置にある場合の、第1回転ガイドプーリー37−1と可動プーリー38−1との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ7−1の垂線Xと平行な補助線Yと、可動プーリー38−1がQの位置にある場合の、第1回転ガイドプーリー37−1と可動プーリー38−1との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ7−1の垂線Zが為す角度をβとすると、可動プーリー38−1は、上記平行リンク構造により第1構造体1と接続されているため、矢印Bで示す回転運動が発生しない(ただし、可動プーリー38−1とレバー11−1の相対的な回転運動は発生する。)ことから、第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動により、アーム屈曲用ワイヤ7−1が可動プーリー38−1の円周部にかかる量は角度βに相当する円周分だけ減少する。   On the other hand, when the movable pulley 38-1 is at the position P, it is parallel to the perpendicular line X of the arm bending wire 7-1 spanned between the first rotation guide pulley 37-1 and the movable pulley 38-1. Of the arm bending wire 7-1 spanned between the first rotation guide pulley 37-1 and the movable pulley 38-1 when the auxiliary line Y and the movable pulley 38-1 are at the position Q. Assuming that the angle formed by the perpendicular Z is β, the movable pulley 38-1 is connected to the first structure 1 by the parallel link structure, and therefore the rotational motion indicated by the arrow B does not occur (however, the movable pulley 38- 1 and the lever 11-1 are caused to rotate relative to each other.) Therefore, the arm bending wire 7 is obtained by the counterclockwise rotational movement around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3 of the second structure 2. -1 is movable pulley 38- The amount applied to the circumferential portion is reduced by the circumference amount corresponding to the angle beta.

ここで、幾何学的な関係を考えれば、角度α=角度βであることから、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあい、結局、回転ガイドプーリー37−1と可動プーリー38−1の距離Lは変化しない。したがって、レバー11−1の支点11−1a回りの第2構造体2に対する相対的な回転運動は発生しない。   Here, considering the geometrical relationship, since angle α = angle β, the increase corresponding to the angle α and the decrease corresponding to the angle β are equal to each other. After cancellation, the distance L between the rotation guide pulley 37-1 and the movable pulley 38-1 does not change. Therefore, a relative rotational movement with respect to the second structure 2 around the fulcrum 11-1a of the lever 11-1 does not occur.

また、第2直動アクチュエータ6−1が収縮すると、アーム屈曲用ワイヤ7−1が引っ張られるが、ワイヤ7−1は可動プーリー38−1に端部が固定されているため、可動プーリー38−1は回転ガイドプーリー37−1の方へ引き寄せられ、第1回転関節3の回転軸3aから可動プーリー38−1の回転軸38−1aまでの距離Lは変化する。その際に、並進・回転ジョイント41−1は、第2直動アクチュエータ6−1の収縮により距離Lが短縮される場合には、第1平行リンク39−1に沿って支点35−1aに近づく方向へ並進運動し、平行リンク構造を維持する。   When the second linear actuator 6-1 contracts, the arm bending wire 7-1 is pulled. However, since the end of the wire 7-1 is fixed to the movable pulley 38-1, the movable pulley 38- 1 is drawn toward the rotary guide pulley 37-1, and the distance L from the rotary shaft 3a of the first rotary joint 3 to the rotary shaft 38-1a of the movable pulley 38-1 changes. At this time, the translation / rotation joint 41-1 approaches the fulcrum 35-1a along the first parallel link 39-1 when the distance L is shortened by contraction of the second linear actuator 6-1. Translate in direction and maintain parallel link structure.

本発明の第6実施形態の関節構造体は、第5実施形態の第2回転ガイドプーリー34−1、34−2と可動ガイドプーリー10−1、10−2を一体にした場合の構造に相当する。   The joint structure of the sixth embodiment of the present invention corresponds to a structure in which the second rotation guide pulleys 34-1 and 34-2 and the movable guide pulleys 10-1 and 10-2 of the fifth embodiment are integrated. To do.

本発明の第6実施形態の関節構造体によれば、ガイドプーリーとして回転ガイドプーリー37−1、37−2と可動プーリー38−1、38−2のみがあれば動作することができ、部品点数を少なくすることが可能となる。したがって、部品点数の少ない簡潔な関節構造のロボットアームとすることが可能となる。   According to the joint structure of the sixth embodiment of the present invention, if there are only the rotation guide pulleys 37-1 and 37-2 and the movable pulleys 38-1 and 38-2 as the guide pulley, the operation can be performed. Can be reduced. Therefore, it is possible to provide a robot arm having a simple joint structure with a small number of parts.

(第7実施形態)
図19A、図19B、図19Cは、本発明の第7実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造を示す全体図である。図19A、図19B、図19Cに示す本発明の第7実施形態は、2つの可動回転プーリーを備えた場合の例である。
(Seventh embodiment)
19A, 19B, and 19C are general views showing the structure of the wire guiding mechanism in the joint mechanism according to the seventh embodiment of the present invention. A seventh embodiment of the present invention shown in FIGS. 19A, 19B, and 19C is an example in which two movable rotating pulleys are provided.

図19A、図19B、図19Cにおいては、401はロッド状の第1構造体、402はロッド状の第2構造体であり、第1構造体401と第2構造体402は回転関節403により接続されており、第1構造体401と第2構造体402は、回転関節403の関節軸403aを中心として相対的に回転可能である。   19A, 19B, and 19C, 401 is a rod-shaped first structure, 402 is a rod-shaped second structure, and the first structure 401 and the second structure 402 are connected by a rotating joint 403. Thus, the first structure 401 and the second structure 402 are relatively rotatable about the joint axis 403a of the rotary joint 403.

404はガイド溝404a付き回転ガイドプーリーであり、回転関節403の回転軸403aと同軸となりかつ、回転軸403aに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第2構造体2に配設されており、回転軸403a回りに自在に回転運動可能である。   Reference numeral 404 denotes a rotary guide pulley with a guide groove 404a, which is coaxial with the rotary shaft 403a of the rotary joint 403 and is disposed in the second structure 2 so as to be rotatable with respect to the rotary shaft 403a via a bearing or the like. Thus, it can freely rotate around the rotation shaft 403a.

405は固定ガイドの一例であるガイド溝405a付き固定ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー404と半径が等しく、回転関節403の回転軸403aと同軸となるように配設されている。また、固定ガイドプーリー405は第1構造体401に固定されており、固定ガイドプーリー405と第1構造体401の間に相対的な回転運動は生じない。   Reference numeral 405 denotes a fixed guide pulley with a guide groove 405a, which is an example of a fixed guide, and is disposed so as to have the same radius as that of the rotary guide pulley 404 and to be coaxial with the rotary shaft 403a of the rotary joint 403. In addition, the fixed guide pulley 405 is fixed to the first structure 401, and no relative rotational movement occurs between the fixed guide pulley 405 and the first structure 401.

406はグリッパーであり、第1フィンガ406a、第2フィンガ406b及びヒンジ406cから構成されている。第1フィンガ406a及び第2フィンガ406bはヒンジ406cにより開閉動作可能となっており、また、ヒンジ406cは第2構造体402の端部(第1構造体401と接続する端部とは異なる端部)に固定されている。   A gripper 406 includes a first finger 406a, a second finger 406b, and a hinge 406c. The first finger 406a and the second finger 406b can be opened and closed by a hinge 406c, and the hinge 406c is an end of the second structure 402 (an end different from the end connected to the first structure 401). ).

407はガイド溝407b付き第1可動回転プーリーであり、第1フィンガ406aの基端部に配設され、回転軸407a回りに回転可能である。   Reference numeral 407 denotes a first movable rotating pulley with a guide groove 407b, which is disposed at the base end portion of the first finger 406a and is rotatable around the rotating shaft 407a.

408はガイド溝408b付き第2可動回転プーリーであり、第2フィンガ406bの基端部に配設され、回転軸408a回りに回転可能である。   Reference numeral 408 denotes a second movable rotating pulley with a guide groove 408b, which is disposed at the base end portion of the second finger 406b and is rotatable around the rotating shaft 408a.

409はねじりコイルバネであり、コイル部分がヒンジ406cに掛けられ、両端部が第1可動回転プーリー407の回転軸407a及び第2可動回転プーリー408の回転軸408aにそれぞれ掛けられ、コイルバネ409の反発力により、グリッパー406を図19Aに示すように開状態に保持しようとする。   Reference numeral 409 denotes a torsion coil spring. The coil portion is hooked on the hinge 406c, and both ends are hooked on the rotating shaft 407a of the first movable rotating pulley 407 and the rotating shaft 408a of the second movable rotating pulley 408, respectively. As a result, the gripper 406 tends to be held open as shown in FIG. 19A.

410はグリッパー駆動ワイヤであり、グリッパー駆動ワイヤ410の一方の端部が第1駆動アクチュエータ(例えば、図1Aの空気圧人工筋等の2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2)に固定され、回転ガイドプーリー404のガイド溝404a、第2可動回転プーリー408のガイド溝408b、第1可動回転プーリー407のガイド溝407bの順にグリッパー駆動ワイヤ410が掛けられ、グリッパー駆動ワイヤ410の他方の端部が固定ガイドプーリー405にワイヤ固定ピン410pにより固定されている。   Reference numeral 410 denotes a gripper drive wire, and one end of the gripper drive wire 410 is connected to a first drive actuator (for example, two first linear actuators 4-1 and 4-2 such as pneumatic artificial muscles in FIG. 1A). The gripper drive wire 410 is hung in the order of the guide groove 404 a of the rotation guide pulley 404, the guide groove 408 b of the second movable rotation pulley 408, and the guide groove 407 b of the first movable rotation pulley 407. The end is fixed to the fixed guide pulley 405 by a wire fixing pin 410p.

411はガイド溝411a付き回転関節駆動プーリーであり、回転関節403の回転軸403aと同軸となるように配設されている。また、回転関節駆動プーリー411は第2構造体402に固定されており、回転関節駆動プーリー411と第2構造体402の間に相対的な回転運動は生じない。   Reference numeral 411 denotes a rotary joint drive pulley with a guide groove 411a, which is disposed so as to be coaxial with the rotary shaft 403a of the rotary joint 403. The rotary joint drive pulley 411 is fixed to the second structure 402, and no relative rotational motion occurs between the rotary joint drive pulley 411 and the second structure 402.

412は回転関節駆動ワイヤであり、回転関節駆動プーリー411のガイド溝411aに掛け回され、両端部を第2駆動アクチュエータ及び第3駆動アクチュエータ(ともに図示しないが、アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋やモータやシリンダ等)にそれぞれ固定されている。   Reference numeral 412 denotes a rotary joint drive wire, which is wound around the guide groove 411a of the rotary joint drive pulley 411, and has both end portions of a second drive actuator and a third drive actuator (both not shown, but an actuator can be configured, for example, pneumatic artificial It is fixed to a line, a motor, a cylinder, etc.).

次に、図20を使用して、回転ガイドプーリー404、固定ガイドプーリー405、第1可動回転プーリー407、第2可動回転プーリー408に対するグリッパー駆動ワイヤ410の経路について説明する。なお、上記したように、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように掛け回されているが、以下の説明では、ガイド溝については説明を省略する。   Next, the path of the gripper drive wire 410 with respect to the rotation guide pulley 404, the fixed guide pulley 405, the first movable rotation pulley 407, and the second movable rotation pulley 408 will be described with reference to FIG. As described above, each pulley is hung so that a wire is accommodated in each guide groove. However, in the following description, description of the guide groove is omitted.

第1駆動アクチュエータに一端を固定されたグリッパー駆動ワイヤ410は、回転ガイドプーリー404へと導かれ、回転ガイドプーリー404を略1周周回した後、図20の紙面上で回転関節403の関節軸403aより下方から第2可動回転プーリー408へと第2可動回転プーリー408の図20の紙面上で下方側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ410は、第2可動回転プーリー408により方向を上向きに転換するように曲げられ、第1可動回転プーリー407へと図20の紙面上で第1可動回転プーリー407の右側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ410は、第1可動回転プーリー407により方向を左向きに転換するように曲げられ、第1可動回転プーリー407の図20の紙面上で上方側より固定ガイドプーリー405の図20の紙面上で上方側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ410は、固定ガイドプーリー405の外周に沿った後、ワイヤ固定ピン410pにより、端部が固定ガイドプーリー405に固定される。   The gripper drive wire 410, one end of which is fixed to the first drive actuator, is guided to the rotation guide pulley 404, and after rotating around the rotation guide pulley 404 substantially once, the joint shaft 403a of the rotation joint 403 on the paper surface of FIG. The second movable rotary pulley 408 is guided downward from the lower side on the paper surface of FIG. 20 of the second movable rotary pulley 408 from below. After that, the gripper driving wire 410 is bent by the second movable rotating pulley 408 so as to change the direction upward, to the first movable rotating pulley 407 and to the right side of the first movable rotating pulley 407 on the paper surface of FIG. Led. Thereafter, the gripper drive wire 410 is bent by the first movable rotating pulley 407 so as to change the direction to the left, and the upper side of the first movable rotating pulley 407 in FIG. It is guided upward on the paper. Thereafter, the gripper drive wire 410 is fixed to the fixed guide pulley 405 at the end thereof by the wire fixing pin 410p after running along the outer periphery of the fixed guide pulley 405.

以上の構成のワイヤ誘導機構の動作について説明する。   The operation of the wire guiding mechanism having the above configuration will be described.

図19Bの矢印Xのようにグリッパー駆動ワイヤ410が駆動された場合、上記第1実施形態において図6Bで説明したのと同様の原理により、回転ガイドプーリー404と第1可動回転プーリー7、第2可動回転プーリー408の回転軸間の距離を縮めるような動作となり、図19Aの状態から図19Bの状態へとグリッパー406が閉じる動作となる。一方、矢印Xと逆の方向にグリッパー駆動ワイヤ410を緩める方向に駆動されると、ねじりコイルバネ409の反発力により、図19Bの状態から図19Aの状態へとグリッパー406が開かれる動作となる。   When the gripper drive wire 410 is driven as indicated by an arrow X in FIG. 19B, the rotation guide pulley 404, the first movable rotation pulley 7, the second principle, and the second principle according to the same principle as described in FIG. 6B in the first embodiment. The operation is such that the distance between the rotation axes of the movable rotating pulley 408 is shortened, and the gripper 406 is closed from the state of FIG. 19A to the state of FIG. 19B. On the other hand, when the gripper drive wire 410 is driven in the direction of loosening in the direction opposite to the arrow X, the gripper 406 is opened from the state of FIG. 19B to the state of FIG. 19A by the repulsive force of the torsion coil spring 409.

次に、図19Cの矢印Yのように回転関節駆動ワイヤ412が駆動されると、回転関節駆動ワイヤ412は回転関節駆動プーリー411に掛け回され、回転関節駆動プーリー411は第2構造体402に固定されているため、回転関節403の回転運動が発生し、グリッパー406は図19Aの状態から図19Cの状態へと左回りの揺動運動を行う。一方、矢印Yと逆の方向に回転関節駆動ワイヤ412が駆動される場合、グリッパー406は右回りの揺動運動を行う。   Next, when the rotary joint drive wire 412 is driven as indicated by an arrow Y in FIG. 19C, the rotary joint drive wire 412 is wound around the rotary joint drive pulley 411, and the rotary joint drive pulley 411 is attached to the second structure 402. Since it is fixed, a rotational motion of the rotary joint 403 occurs, and the gripper 406 performs a counterclockwise swinging motion from the state of FIG. 19A to the state of FIG. 19C. On the other hand, when the rotary joint drive wire 412 is driven in the direction opposite to the arrow Y, the gripper 406 performs a clockwise swing motion.

この揺動運動の際、上記第1実施形態において図6Aで説明したのと同様の原理により、回転ガイドプーリー404と第1可動回転プーリー407、第2可動回転プーリー408の回転軸間の距離を保持するような動作となり、グリッパー406は動作しない。   During this oscillating movement, the distance between the rotation guide pulley 404, the first movable rotary pulley 407, and the second movable rotary pulley 408 between the rotation axes is determined according to the same principle as described in FIG. 6A in the first embodiment. The gripper 406 does not operate.

以上のように、本発明の第7実施形態のワイヤ誘導機構によれば、回転ガイドプーリー404、固定ガイドプーリー405、第1可動回転プーリー407、第2可動回転プーリー408によりグリッパー駆動ワイヤ410が誘導される構成とすることにより、回転関節403の回転軸403a回りの回転運動に影響を受けることなく、独立して、グリッパー駆動ワイヤ410によりグリッパー406の開閉動作を駆動することができる。   As described above, according to the wire guiding mechanism of the seventh embodiment of the present invention, the gripper drive wire 410 is guided by the rotation guide pulley 404, the fixed guide pulley 405, the first movable rotation pulley 407, and the second movable rotation pulley 408. With this configuration, the opening / closing operation of the gripper 406 can be independently driven by the gripper driving wire 410 without being affected by the rotational motion of the rotary joint 403 around the rotation shaft 403a.

以上のようなグリッパー駆動機構を応用すれば、腹腔鏡下手術や遠隔手術のためのロボット鉗子システム等を実現することが可能である。   By applying the gripper driving mechanism as described above, it is possible to realize a robot forceps system for laparoscopic surgery or remote surgery.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement with another various aspect.

例えば、図18A及び図18Bに示すように、揺動するレバーに代えて、第2構造体2の長手方向沿いにリニアガイド300−1、300−2を設けて、これらのリニアガイド300−1、300−2に沿って可動回転プーリー10−1、10−2がアーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2により第2構造体2の長手方向沿いに自在に移動するような構造としても、レバーと同様な作用効果を奏することができる。   For example, as shown in FIGS. 18A and 18B, instead of a swinging lever, linear guides 300-1 and 300-2 are provided along the longitudinal direction of the second structure 2, and these linear guides 300-1 are provided. , 300-2, the movable rotating pulleys 10-1 and 10-2 can be freely moved along the longitudinal direction of the second structure 2 by the arm bending wires 7-1 and 7-2. The same effect as a lever can be produced.

また、上記種々の実施形態では、ロボットアームを駆動するアクチュエータを直動アクチュエータとしたが、これに限られるわけではなく、回転型の電動モータであっても、例えば、モータの回転軸にプーリーを固定し、モータの回転によりワイヤを巻き取る構造等でも同様の効果を発揮する。   In the various embodiments described above, the actuator that drives the robot arm is a linear actuator. However, the present invention is not limited to this. For example, even a rotary electric motor has a pulley on the rotation shaft of the motor. The same effect is exhibited even in a structure in which the wire is wound by rotation of the motor.

また、上記種々の実施形態では、直動アクチュエータを空気圧人工筋としたが、これに限られるわけではなく、空圧シリンダ、油圧シリンダや電動リニアアクチュエータ等、その他の直動アクチュエータでも同様の効果を発揮する。   In the various embodiments described above, the linear actuator is a pneumatic artificial muscle. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained with other linear actuators such as a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, and an electric linear actuator. Demonstrate.

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。   It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.

本発明の関節構造体は、多関節ロボットアームの関節機構における関節構造体として有用である。また、ロボットアームに限らず、生産設備等における回転機構のための関節機構等、機械装置の関節機構における関節構造体、医療用遠隔手術装置の多関節ロボットアームの関節機構における関節構造体として適用が可能である。
The joint structure of the present invention is useful as a joint structure in a joint mechanism of an articulated robot arm. Also applicable not only to robot arms, but also to joint structures for joint mechanisms of mechanical devices, such as joint mechanisms for rotation mechanisms in production facilities, etc., and joint structures for joint mechanisms of multi-joint robot arms of medical telesurgical devices Is possible.

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。   Although the present invention has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are to be understood as being included therein, so long as they do not depart from the scope of the present invention according to the appended claims.

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
図1Aは、本発明の第1実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。 図1Bは、本発明の第1実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す底面図である。 図2は、本発明の第1実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図3は、本発明の第1実施形態における関節構造体の駆動装置の一例として直動アクチュエータ群を構成可能な空気圧人工筋の構造を示す図である。 図4は、上記空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。 図5Aは、本発明の第1実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作を示す側面図である。 図5Bは、本発明の第1実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作を示す側面図である。 図6Aは、第1直動アクチュエータの動作時における、本発明の第1実施形態における関節構造体のワイヤ誘導動作を示す図である。 図6Bは、第2直動アクチュエータの動作時における、本発明の第1実施形態における関節構造体のワイヤ誘導動作を示す図である。 図7は、本発明の第2実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図8は、本発明の第3実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図9Aは、本発明の第4実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。 図9Bは、本発明の第4実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。 図10は、本発明の第4実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図11は、本発明の第4実施形態における関節構造体の動作を示す図である。 図12は、本発明の第5実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。 図13は、本発明の第5実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図14は、本発明の第5実施形態における関節構造体の動作を示す図である。 図15は、本発明の第6実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。 図16は、本発明の第6実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。 図17は、本発明の第6実施形態における関節構造体の動作を示す図である。 図18Aは、本発明の他の実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。 図18Bは、本発明の他の実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す底面図である。 図19Aは、本発明の第7実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが開状態を示す全体図である。 図19Bは、本発明の第7実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが閉状態を示す全体図である。 図19Cは、本発明の第7実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが揺動した状態を示す全体図である。 図20は、本発明の第7実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造を示す斜視図である。
These and other objects and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1A is a plan view showing almost the entire robot arm when the joint structure according to the first embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 1B is a bottom view showing substantially the entire robot arm when the joint structure according to the first embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 2 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the structure of a pneumatic artificial muscle that can constitute a linear motion actuator group as an example of a joint structure driving apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a pneumatic supply drive system for driving the pneumatic artificial muscle. FIG. 5A is a side view showing the operation of the robot arm when the joint structure in the first embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 5B is a side view showing the operation of the robot arm when the joint structure in the first embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 6A is a diagram illustrating a wire guiding operation of the joint structure according to the first embodiment of the present invention during the operation of the first linear actuator. FIG. 6B is a diagram illustrating a wire guiding operation of the joint structure according to the first embodiment of the present invention during the operation of the second linear actuator. FIG. 7 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9A is a side view showing the entire robot arm when the joint structure according to the fourth embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 9B is a side view showing the entire robot arm when the joint structure according to the fourth embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 10 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the joint structure according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a plan view showing almost the entire robot arm when the joint structure according to the fifth embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 13 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the joint structure according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15 is a plan view showing almost the entire robot arm when the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 16 is a perspective view showing details of the structure of the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a diagram illustrating the operation of the joint structure according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 18A is a side view showing substantially the entire robot arm when a joint structure according to another embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 18B is a bottom view showing almost the entire robot arm when the joint structure according to another embodiment of the present invention is applied to the robot arm. FIG. 19A is an overall view showing a structure of a wire guiding mechanism in a joint mechanism according to a seventh embodiment of the present invention and showing a gripper in an open state. FIG. 19B is an overall view showing the structure of the wire guiding mechanism in the joint mechanism according to the seventh embodiment of the present invention and showing the gripper in a closed state. FIG. 19C is an overall view showing the structure of the wire guiding mechanism in the joint mechanism according to the seventh embodiment of the present invention and showing a state where the gripper is swung. FIG. 20 is a perspective view showing the structure of the wire guiding mechanism in the joint mechanism according to the seventh embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1構造体
1a 支持板
2 第2構造体
3 第1回転関節
3a 第1回転関節の回転軸
4 第1直動アクチュエータ
4−1、4−2 第1直動アクチュエータ
5−1、5−2 ジョイント
6 第2直動アクチュエータ
6−1、6−2 第2直動アクチュエータ
7−1、7−2 アーム屈曲用ワイヤー
8−1、8−2 回転ガイドプーリ
9−1、9−2 固定ガイドプーリ
10−1、10−2 可動回転ガイドプーリ
10−1a、10−2a 可動回転ガイドプーリの回転軸
11−1、11−2 レバー
11−1a、11−2a レバーの支点
12 ハンド
13 第2回転関節
13a 第2回転関節の回転軸
14−1、14−2 ハンド駆動用ワイヤ
15 管状弾性体
16 拘束部材
17 封止部材
18 流体注入出部材
19 空気圧源
20 空気圧調整ユニット
20a 空気圧フィルタ
20b 空気圧減圧弁
20c 空気圧用ルブリケータ
21 5ポート流量制御電磁弁
22 制御コンピュータ
22a D/Aボード
23−1、23−2 第1可動回転ガイドプーリ
24−1、24−2 第2可動回転ガイドプーリ
25−1、25−2 第1可動回転ガイドプーリのワイヤ固定点
26−1、26−2 第2可動回転ガイドプーリのワイヤ固定点
27A−1、27A−2 アーム屈曲用第1ワイヤ
27B−1、27B−2 アーム屈曲用第2ワイヤ
28−1、28−2 固定ガイドプーリのワイヤ固定点
29−1、29−2 固定ガイド
30−1、30−2 第1回転ガイドプーリ
31−1、31−2 第2回転ガイドプーリ
32−1、32−2 補助回転ガイドプーリ
33−1、33−2 第1回転ガイドプーリ
34−1、34−2 第2回転ガイドプーリ
35−1、35−2 第1平行リンク
36−1、36−2 第2平行リンク
37−1、37−2 回転ガイドプーリ
38−1、38−2 可動ガイドプーリ
39−1、39−2 第1平行リンク
40−1、40−2 第2平行リンク
41−1、41−2 並進・回転ジョイント
100 ロボットアーム
200 関節軸
201−1、201−2 空気圧人工筋
202 支持板
203 支持棒
204 回動部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st structure 1a Support plate 2 2nd structure 3 1st rotation joint 3a Rotating shaft of 1st rotation joint 4 1st linear motion actuator 4-1, 4-2 1st linear motion actuator 5-1, 5- 2 Joint 6 Second linear actuator 6-1, 6-2 Second linear actuator 7-1, 7-2 Arm bending wire 8-1, 8-2 Rotating guide pulley 9-1, 9-2 Fixed guide Pulley 10-1, 10-2 Movable rotation guide pulley 10-1a, 10-2a Rotation shaft 11-11, 11-2 lever 11-1a, 11-2a Lever fulcrum 12 Hand 13 Second rotation Joint 13a Rotating shafts 14-1 and 14-2 of second rotary joint 15 Wire for hand drive 15 Tubular elastic body 16 Restraining member 17 Sealing member 18 Fluid injecting member 19 Air pressure source 20 Air pressure adjusting unit G 20a Pneumatic filter 20b Pneumatic pressure reducing valve 20c Pneumatic lubricator 21 5-port flow control solenoid valve 22 Control computer 22a D / A board 23-1, 23-2 First movable rotation guide pulley 24-1, 24-2 Second movable Rotation guide pulleys 25-1, 25-2 Wire fixing points of the first movable rotation guide pulley 26-1, 26-2 Wire fixing points of the second movable rotation guide pulley 27A-1, 27A-2 First wire for arm bending 27B-1, 27B-2 Arm bending second wires 28-1, 28-2 Fixed guide pulley wire fixing points 29-1, 29-2 Fixed guides 30-1, 30-2 First rotating guide pulley 31- 1, 31-2 Second rotation guide pulley 32-1, 32-2 Auxiliary rotation guide pulley 33-1, 33-2 First rotation guide pulley 34-1 and 34-2 2nd rotation guide pulley 35-1, 35-2 1st parallel link 36-1, 36-2 2nd parallel link 37-1, 37-2 rotation guide pulley 38-1, 38- 2 movable guide pulleys 39-1 and 39-2 first parallel links 40-1 and 40-2 second parallel links 41-1 and 41-2 translation / rotation joint 100 robot arm 200 joint shafts 201-1 and 201-2 Pneumatic artificial muscle 202 Support plate 203 Support rod 204 Rotating member

Claims (2)

第1構造体と、
第2構造体と、
上記第1構造体と上記第2構造体を相対的に回転可能に接続する第1回転関節と、
上記第1回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように上記第1構造体又は第2構造体に配設されかつ互いに相対的に回転可能なガイド溝付き第1回転ガイドプーリーとガイド溝付き第2回転ガイドプーリーと、
上記第2構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付きの可動回転ガイドプーリーと、
上記第1又は第2回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
上記第1構造体に回転自在に配設されるガイド溝付き補助回転ガイドプーリーと、
一端側から他端側に向けて、上記第1回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記可動回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記第2回転ガイドプーリーの上記ガイド溝、上記補助回転ガイドプーリーの上記ガイド溝の順番で掛け渡されるワイヤと、
一端が上記第1構造体に固定されるとともに、他端が上記第2構造体に接続されて、上記第2構造体を上記第1回転関節回りに回転駆動可能な第1駆動装置と、
一端が上記第1構造体に固定されるとともに、他端に上記ワイヤの上記一端及び上記他端の両方が固定されて、上記補助回転ガイドプーリーの回転により上記ワイヤが案内されつつ上記ワイヤを介して上記機構を駆動して上記可動回転ガイドプーリーを上記第2構造体に対して相対的に移動可能な第2駆動装置とを備えて、
上記第2駆動装置を駆動することなく、上記第1駆動装置の駆動により、上記第2構造体を上記第1回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれに対する、上記可動回転プーリーの、上記第1回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記可動回転プーリーの回転軸回りの上記回転運動の回転方向とは逆回りの回転運動により上記ワイヤが誘導される結果、上記ワイヤが上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれの上記ガイド溝の円周部にかかる量の増減が相殺されて、上記第1及び第2回転ガイドプーリーそれぞれと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアーム。
A first structure;
A second structure;
A first rotary joint that rotatably connects the first structure and the second structure;
A first rotation guide with a guide groove disposed on the first structure or the second structure so as to be coaxial with the rotation axis of the first rotation joint and rotatable about the rotation axis and rotatable relative to each other. A pulley and a second rotating guide pulley with a guide groove;
A movable rotating guide pulley with a guide groove disposed so as to be relatively movable with respect to the second structure;
A mechanism for changing a distance between the first or second rotation guide pulley and the movable rotation guide pulley;
An auxiliary rotation guide pulley with a guide groove rotatably disposed in the first structure,
From one end side to the other end side, the guide groove of the first rotation guide pulley, the guide groove of the movable rotation guide pulley, the guide groove of the second rotation guide pulley, and the guide of the auxiliary rotation guide pulley A wire spanned in the order of the grooves,
A first drive device having one end fixed to the first structure and the other end connected to the second structure, the second drive capable of rotating the second structure around the first rotary joint;
One end is fixed to the first structure, and both the one end and the other end of the wire are fixed to the other end, and the wire is guided through the wire while being guided by the rotation of the auxiliary rotation guide pulley. A second drive device that drives the mechanism to move the movable rotation guide pulley relative to the second structure,
Without driving the second driving device, the first driving device drives the second structure to rotate about the rotation axis of the first rotary joint, and the first and second rotation guide pulleys. Generating a relative rotational motion of the movable rotating pulley around the rotational axis of the first rotational joint, and rotating in a direction opposite to the rotational direction of the rotational motion around the rotational axis of the movable rotational pulley. As a result of the wire being guided by the rotational movement, the increase and decrease of the amount of the wire applied to the circumferential portion of the guide groove of each of the first and second rotation guide pulleys is offset, and the first and second rotation guides A robot arm that prevents the distance between each pulley and the movable rotating pulley from being changed.
上記第2構造体の上記第1回転関節側とは反対側の先端に第2回転関節を介して配置されたハンドと、
上記可動回転ガイドプーリーと上記ハンドとを連結して、上記第2駆動装置の駆動により上記可動回転ガイドプーリーを上記第2構造体に対して相対的に移動させることにより、上記第2回転関節回りに上記ハンドを上記第2構造体に対して相対的に回動可能とするハンド駆動用ワイヤとを備える、請求項1に記載のロボットアーム。
A hand arranged via a second rotary joint at the tip of the second structure opposite to the first rotary joint side;
By connecting the movable rotation guide pulley and the hand and moving the movable rotation guide pulley relative to the second structure by driving the second driving device, the second rotation joint is rotated. The robot arm according to claim 1, further comprising: a hand driving wire that enables the hand to rotate relative to the second structure.
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