JP2009197992A - 関節を通るワイヤーと関節の非干渉駆動機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】 関節を持つ機械の軽量化と、慣性モーメントの軽減による動作の高速化を、ワイヤーを使った、制御のしやすい非干渉機構によって実現する。
【解決手段】 一定の屈曲角比で2段に渡って同一方向に屈曲する関節3に、ワイヤー6の巻き付き弧長の変化が等しくなるよう、屈曲角比の逆比の径を持つ滑車1,2を2つの屈曲軸に配置し、ワイヤー6をたすき掛け状に通すことにより、関節の屈曲時、一方の滑車からほどけたワイヤー6の長さ分が、他方の滑車に巻き付くため、ワイヤー6の繰り出し長に変化がなく、駆動力および変位において、関節3の駆動とワイヤー6の駆動が非干渉となる。
【選択図】図1
【解決手段】 一定の屈曲角比で2段に渡って同一方向に屈曲する関節3に、ワイヤー6の巻き付き弧長の変化が等しくなるよう、屈曲角比の逆比の径を持つ滑車1,2を2つの屈曲軸に配置し、ワイヤー6をたすき掛け状に通すことにより、関節の屈曲時、一方の滑車からほどけたワイヤー6の長さ分が、他方の滑車に巻き付くため、ワイヤー6の繰り出し長に変化がなく、駆動力および変位において、関節3の駆動とワイヤー6の駆動が非干渉となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、関節を持つ機械における軽量化および動作の高速化に関する。
多数の関節により複雑な動作をする機械では、各関節の自由度に対応して駆動するモーターが増加するため、慣性モーメントが大きくなり、制御や動作の高速化が難しくなる。特にロボットハンドのように、先端部に多くの自由度を持つ機械では、慣性モーメントの増大の影響が著しい。
慣性モーメントを低減するには、モーターを基盤部に近い位置に配置し、軽量なワイヤーを用いて力を伝達するのが有効である。しかし、関節の先にある部分をワイヤーで駆動しようとすると、関節の屈曲角を変えるとき、ワイヤーの張力や繰り出し長に変化が生じるため、保持していたものに余計な力が加わったり、落としたりする可能性があった。
また逆に、ワイヤーの張力が関節の屈曲角を変えるように働いてしまい、制御が困難になっていた。
また逆に、ワイヤーの張力が関節の屈曲角を変えるように働いてしまい、制御が困難になっていた。
本発明では、関節の屈曲によるワイヤーの繰り出し長への影響を相殺することにより、関節の駆動とワイヤーの駆動が非干渉な機構を実現する。
図1に本発明の構成をしめす。関節3は2段になって屈曲し、その角度比は歯車4,5によって保たれる。この2つの屈曲軸に滑車1,2を配置し、たすき掛け状にワイヤー6を通して、モーター10に接続されたリール7でワイヤー6を巻き取ることにより、関節3の先にある指8を閉じるように駆動し、ワイヤー6を繰り出すことにより、バネ13によって指8を開く。関節3の屈曲はモーター9からのリンク11により、結合フレーム12を駆動しておこなう。
図2に本発明の動作について説明する。図2(a)は腕が一直線に伸びている状態である。網掛け部はワイヤーが巻き付いている滑車の弧長をしめす。図2(b)は関節3が屈曲した状態である。屈曲比は1:1であるため、滑車1ではθ分だけほどけ、滑車2でもθ分だけほどけるが、指8側で2θ分だけ巻き付くので、リール7からのワイヤー6の繰り出し長に変化はない。同様に関節3の屈曲角比が1:2のとき、滑車1,2の径はその逆比、すなわち、歯車4,5の歯数比と同じにしておくことにより、滑車1では2θ分ほどけ、滑車2ではθ分ほどけ、指8側で3θ分巻き付くので繰り出し長に変化はない。
なお、変位が非干渉のとき、駆動力も非干渉となることは明示である。
図1に本発明の構成をしめす。関節3は2段になって屈曲し、その角度比は歯車4,5によって保たれる。この2つの屈曲軸に滑車1,2を配置し、たすき掛け状にワイヤー6を通して、モーター10に接続されたリール7でワイヤー6を巻き取ることにより、関節3の先にある指8を閉じるように駆動し、ワイヤー6を繰り出すことにより、バネ13によって指8を開く。関節3の屈曲はモーター9からのリンク11により、結合フレーム12を駆動しておこなう。
図2に本発明の動作について説明する。図2(a)は腕が一直線に伸びている状態である。網掛け部はワイヤーが巻き付いている滑車の弧長をしめす。図2(b)は関節3が屈曲した状態である。屈曲比は1:1であるため、滑車1ではθ分だけほどけ、滑車2でもθ分だけほどけるが、指8側で2θ分だけ巻き付くので、リール7からのワイヤー6の繰り出し長に変化はない。同様に関節3の屈曲角比が1:2のとき、滑車1,2の径はその逆比、すなわち、歯車4,5の歯数比と同じにしておくことにより、滑車1では2θ分ほどけ、滑車2ではθ分ほどけ、指8側で3θ分巻き付くので繰り出し長に変化はない。
なお、変位が非干渉のとき、駆動力も非干渉となることは明示である。
このように本発明によれば、お互いの駆動力や変位が干渉することなく、制御が容易な機構を実現でき、機械の軽量化,慣性モーメントの低減による動作の高速化が図れる。
本発明は、複数の自由度を持つ関節の駆動にも有効である。
図3に本発明の実施例をしめす。結合フレーム12を駆動する1自由度目のワイヤー6aと、出力フレーム14を駆動する2自由度目のワイヤー6bによって動作する。出力フレーム14部も2段屈曲にして滑車を追加すれば、さらに先の部分をワイヤーを通すことで駆動することができる。
非干渉の効果は滑車にワイヤーが巻き付いている状態でのみ発生するので、関節の可動角を大きくするときには、ワイヤーが滑車から外れないよう、屈曲軸の間隔に対して滑車の径を大きくとる、または関節を一直線にせず、あらかじめ巻き付き角を大きくとっておく、などの配慮をおこなう。
非干渉の効果は滑車にワイヤーが巻き付いている状態でのみ発生するので、関節の可動角を大きくするときには、ワイヤーが滑車から外れないよう、屈曲軸の間隔に対して滑車の径を大きくとる、または関節を一直線にせず、あらかじめ巻き付き角を大きくとっておく、などの配慮をおこなう。
1,2. 滑車
3. 関節
4,5. 歯車
6,6a,6b. ワイヤー
7. リール
8. 指
9,10. モーター
11. リンク
12. 結合フレーム
13. バネ
14. 出力フレーム
3. 関節
4,5. 歯車
6,6a,6b. ワイヤー
7. リール
8. 指
9,10. モーター
11. リンク
12. 結合フレーム
13. バネ
14. 出力フレーム
Claims (1)
- 一定の屈曲角比で2段に渡って同一方向に屈曲する関節において、ワイヤーの巻き付き弧長の変化が等しくなるよう、屈曲角比の逆比の径を持つ滑車を2つの屈曲軸に配置し、ワイヤーをたすき掛け状に通すことにより、関節の屈曲時、一方の滑車からほどけたワイヤーの長さ分が、他方の滑車に巻き付くため、ワイヤーの繰り出し長に変化がなく、駆動力および変位において、関節の駆動とワイヤーの駆動が干渉しないことを特徴とする非干渉駆動機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008070333A JP2009197992A (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 関節を通るワイヤーと関節の非干渉駆動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008070333A JP2009197992A (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 関節を通るワイヤーと関節の非干渉駆動機構 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009197992A true JP2009197992A (ja) | 2009-09-03 |
Family
ID=41141699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008070333A Pending JP2009197992A (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 関節を通るワイヤーと関節の非干渉駆動機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009197992A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104141762A (zh) * | 2013-05-07 | 2014-11-12 | 三星电子株式会社 | 线连接设备 |
JP2015116661A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 現代自動車株式会社 | ロボットアームおよびこれを含むロボット |
-
2008
- 2008-02-21 JP JP2008070333A patent/JP2009197992A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104141762A (zh) * | 2013-05-07 | 2014-11-12 | 三星电子株式会社 | 线连接设备 |
EP2801452A3 (en) * | 2013-05-07 | 2015-06-03 | Samsung Electronics Co., Ltd | Articulated mechanical arm |
US9416855B2 (en) | 2013-05-07 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wire connection apparatus |
CN104141762B (zh) * | 2013-05-07 | 2018-05-01 | 三星电子株式会社 | 线连接设备 |
JP2015116661A (ja) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | 現代自動車株式会社 | ロボットアームおよびこれを含むロボット |
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