JP2016160964A - Translatory expansion mechanism and robot arm mechanism - Google Patents

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尹 祐根
Wookeun Yoon
祐根 尹
光 佐野
Hikari Sano
光 佐野
順央 川口
Yorihisa Kawaguchi
順央 川口
眞二 栗原
Shinji Kurihara
眞二 栗原
宗祐 ▲高▼▲瀬▼
宗祐 ▲高▼▲瀬▼
Sosuke Takase
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a translatory expansion mechanism and a robot arm mechanism that can relax restrictions on application environment.SOLUTION: A translatory expansion mechanism according to an embodiment comprises: a plurality of connection units 21 in a short square cylindrical shape connected to be bendable; and an emission part 30 which has a columnar body constituted with the connection units 21 restricted from being bent and becomes bendable from the state of the columnar body as the connection units 21 are released from being restricted from being bent, and that supports the columnar body. At least one of the connection units 21 comprises a bending joint.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は直動伸縮機構及びロボットアーム機構に関する。   Embodiments described herein relate generally to a linear motion expansion / contraction mechanism and a robot arm mechanism.

ロボット装置は製造ライン、医療や介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。実際の製造ラインではワークの種類も作業内容も多岐にわたっている。また介護の現場においてもその作業内容は様々である。さらに周辺環境の制約も様々である。例えば従来の多関節アーム機構では肘関節の動きが非常に大きく且つその動きは予測性が低いことから、比較的大きな空間を確保できる環境での使用に限定される。また従来の直動関節アーム機構では、直動アームが直線的に伸縮するだけであるから、障害物が散在しているような環境には適用できない場合があった。   Robot devices are applied in various fields such as production lines, medical care and nursing care, and are expected to be applied in further fields in the future. The actual production line has a wide variety of workpiece types and work contents. In addition, the work contents vary in the field of care. In addition, there are various restrictions on the surrounding environment. For example, in the conventional articulated arm mechanism, the movement of the elbow joint is very large and the movement is not predictable, so that it is limited to use in an environment where a relatively large space can be secured. In addition, in the conventional linear motion joint arm mechanism, since the linear motion arm simply expands and contracts linearly, it may not be applicable to an environment where obstacles are scattered.

目的は、適用環境の制約を緩和できる直動伸縮機構及びロボットアーム機構を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a linear motion expansion / contraction mechanism and a robot arm mechanism that can alleviate restrictions on the application environment.

本実施形態に係る直動伸縮機構は、屈曲可能に連結された短角筒形状の複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記連結コマの屈曲の拘束が解除されて前記柱状体の状態から屈曲可能な状態に復帰する、前記柱状体を支持する支持部とを具備し、前記連結コマの少なくとも一は曲げ関節を備えることを特徴とする。   The linear motion expansion / contraction mechanism according to the present embodiment includes a plurality of short-tube-shaped connecting pieces connected to bendable and a columnar body formed by restraining the bending of the connecting pieces. And a support part for supporting the columnar body that is released from the state of the columnar body and is released from the state of the columnar body, and at least one of the connecting pieces includes a bending joint.

図1は、本実施形態に係る直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a robot arm mechanism including a linear motion extension mechanism according to the present embodiment. 図2は、図1のロボットアーム機構の内部構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the robot arm mechanism of FIG. 図3は、図2のアーム部の構造を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the arm portion of FIG. 図4は、図3の曲げ関節機構の内部構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an internal structure of the bending joint mechanism of FIG. 図5は、図3のアーム部の側面図である。FIG. 5 is a side view of the arm portion of FIG. 図6は、図2のアーム部の他の構造を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing another structure of the arm portion of FIG. 図7は、図6の曲げ関節機構の内部構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the internal structure of the bending joint mechanism of FIG. 図8は、図6のアーム部の上方視図である。FIG. 8 is a top view of the arm portion of FIG. 図9は、図2のアーム部の他の構造を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing another structure of the arm portion of FIG. 図10は、図2のアーム部の他の構造を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing another structure of the arm portion of FIG. 図11は、図2のアーム部の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the arm portion of FIG.

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る直動伸縮機構を説明する。なお、本実施形態に係る直動伸縮機構は、単独の機構(関節)として使用することができる。しかしながら、以下の説明では、第1、第2実施形態に係る直動伸縮機構を組み込んだ多関節ロボットアーム機構を例に本実施形態に係る直動伸縮機構を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, the linear motion expansion / contraction mechanism according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the linear motion expansion-contraction mechanism which concerns on this embodiment can be used as an independent mechanism (joint). However, in the following description, the linear motion expansion / contraction mechanism according to this embodiment will be described by taking an articulated robot arm mechanism incorporating the linear motion expansion / contraction mechanism according to the first and second embodiments as an example. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

図1は、本実施形態に係る直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構の外観斜視図である。図2は、図1のロボットアーム機構の内部構造を示す断面図である。ロボットアーム機構は、略円筒形状の基部1と基部1に接続されるアーム部2とアーム部2の先端に取り付けられる手首部4とを有する。手首部4には図示しないアダプタが設けられている。第1実施形態において、アダプタは後述の第6回転軸RA6の回転部に設けられる。手首部4に設けられたアダプタには、用途に応じたロボットハンドが取り付けられる。   FIG. 1 is an external perspective view of a robot arm mechanism including a linear motion extension mechanism according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the robot arm mechanism of FIG. The robot arm mechanism has a substantially cylindrical base 1, an arm 2 connected to the base 1, and a wrist 4 attached to the tip of the arm 2. The wrist part 4 is provided with an adapter (not shown). In 1st Embodiment, an adapter is provided in the rotation part of 6th rotating shaft RA6 mentioned later. A robot hand corresponding to the application is attached to the adapter provided on the wrist portion 4.

ロボットアーム機構は、複数、ここでは6つの関節部J1,J2,J3,J4,J5,J6を有する。複数の関節部J1,J2,J3,J4,J5,J6は基部1から順番に配設される。一般的に、第1、第2、第3関節部J1,J2,J3は根元3軸と呼ばれ、第4、第5、第6関節部J4,J5,J6はロボットハンド3の姿勢を変化させる手首3軸と呼ばれる。手首部4は第4、第5、第6関節部J4,J5,J6を有する。根元3軸を構成する関節部J1,J2,J3の少なくとも一つと直動伸縮関節である。ここでは第3関節部J3が直動伸縮関節部、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部2は直動伸縮関節部J3(第3関節部J3)の伸縮部分を表している。   The robot arm mechanism has a plurality of, here six, joint portions J1, J2, J3, J4, J5, and J6. The plurality of joint portions J1, J2, J3, J4, J5, and J6 are sequentially arranged from the base portion 1. In general, the first, second, and third joints J1, J2, and J3 are called the root three axes, and the fourth, fifth, and sixth joints J4, J5, and J6 change the posture of the robot hand 3. Called wrist 3 axis. The wrist 4 has fourth, fifth, and sixth joints J4, J5, and J6. At least one of the joint portions J1, J2, and J3 constituting the root three axes and a linear motion expansion / contraction joint. Here, the third joint portion J3 is configured as a linear motion expansion / contraction joint portion, particularly a joint portion having a relatively long expansion / contraction distance. The arm part 2 represents the expansion / contraction part of the linear motion expansion / contraction joint part J3 (third joint part J3).

第1関節部J1は基台面に対して例えば垂直に支持される第1回転軸RA1を中心としたねじり関節である。第2関節部J2は第1回転軸RA1に対して垂直に配置される第2回転軸RA2を中心とした曲げ関節である。第1回転軸RA1に平行にZ軸を規定する。Z軸を中心とした直交3軸のロボット座標系(X,Y,Z)を規定する。第3関節部J3は、第2回転軸RA2に対して垂直に配置される第3軸(移動軸)RA3を中心として直線的にアーム部2が伸縮する関節である。   The first joint portion J1 is a torsion joint centered on the first rotation axis RA1 that is supported, for example, perpendicularly to the base surface. The second joint portion J2 is a bending joint centered on the second rotation axis RA2 arranged perpendicular to the first rotation axis RA1. A Z axis is defined parallel to the first rotation axis RA1. An orthogonal three-axis robot coordinate system (X, Y, Z) centering on the Z axis is defined. The third joint portion J3 is a joint in which the arm portion 2 expands and contracts linearly around a third axis (moving axis) RA3 arranged perpendicular to the second rotation axis RA2.

第4関節部J4は、第4回転軸RA4を中心としたねじり関節である。第4回転軸RA4は、後述の第7関節部J7が回転していないとき、つまりアーム部2の全体が直線形状にあるとき、第3移動軸RA3と略一致する。第5関節部J5は第4回転軸RA4に対して直交する第5回転軸RA5を中心とした曲げ関節である。第6関節部J6は第4回転軸RA4に対して直交し、第5回転軸RA5に対して垂直に配置される第6回転軸RA6を中心とした曲げ関節である。   The fourth joint portion J4 is a torsion joint centered on the fourth rotation axis RA4. The fourth rotation axis RA4 substantially coincides with the third movement axis RA3 when a later-described seventh joint portion J7 is not rotating, that is, when the entire arm portion 2 is linear. The fifth joint J5 is a bending joint centered on a fifth rotation axis RA5 orthogonal to the fourth rotation axis RA4. The sixth joint portion J6 is a bending joint centered on the sixth rotation axis RA6 that is perpendicular to the fourth rotation axis RA4 and perpendicular to the fifth rotation axis RA5.

基部1を成すアーム支持体(第1支持体)11aは、第1関節部J1の第1回転軸RA1を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第1関節部J1は図示しない固定台に取り付けられる。第1関節部J1が回転するとき、アーム部2は第1支持体11aの軸回転とともに左右に旋回する。なお、第1支持体11aが接地面に固定されていてもよい。その場合、第1支持体11aとは独立してアーム部2が旋回する構造に設けられる。第1支持体11aの上部には第2支持部11bが接続される。   The arm support body (first support body) 11a that forms the base portion 1 has a cylindrical hollow structure formed around the first rotation axis RA1 of the first joint portion J1. The first joint portion J1 is attached to a fixed base (not shown). When the first joint portion J1 rotates, the arm portion 2 pivots left and right along with the shaft rotation of the first support 11a. The first support 11a may be fixed to the ground plane. In that case, the arm part 2 is provided in a structure that turns independently of the first support 11a. A second support part 11b is connected to the upper part of the first support 11a.

第2支持部11bは第1支持部11aに連続する中空構造を有する。第2支持部11bの一端は第1関節部J1の回転部に取り付けられる。第2支持部11bの他端は開放され、第3支持部11cが第2関節部J2の第2回転軸RA2において回動自在に嵌め込まれる。第3支持部11cは第1支持部11a及び第2支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第3支持部11cは、第2関節部J2の曲げ回転に伴ってその後部が第2支持部11bに収容され、また送出される。ロボットアーム機構の直動伸縮関節部J3(第3関節部J3)を構成するアーム部2の後部はその収縮により第1支持部11aと第2支持部11bの連続する中空構造の内部に収納される。   The second support portion 11b has a hollow structure that is continuous with the first support portion 11a. One end of the second support portion 11b is attached to the rotating portion of the first joint portion J1. The other end of the second support portion 11b is opened, and the third support portion 11c is fitted so as to be rotatable on the second rotation axis RA2 of the second joint portion J2. The 3rd support part 11c has a hollow structure which consists of a scale-like exterior which is connected to the 1st support part 11a and the 2nd support part. The third support portion 11c is accommodated in the second support portion 11b and sent out as the second joint portion J2 is bent and rotated. The rear part of the arm part 2 that constitutes the linear motion expansion / contraction joint part J3 (third joint part J3) of the robot arm mechanism is housed in the hollow structure in which the first support part 11a and the second support part 11b are continuous by contraction. The

第3支持部11cはその後端下部において第2支持部11bの開放端下部に対して第2回転軸RA2を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第2回転軸RA2を中心とした曲げ関節部としての第2関節部J2が構成される。第2関節部J2が回動するとき、アーム部2は第2回転軸RA2を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。   The third support portion 11c is fitted to the lower end portion of the second support portion 11b so as to be rotatable about the second rotation axis RA2 with respect to the open end lower portion of the second support portion 11b. Thereby, a second joint portion J2 as a bending joint portion around the second rotation axis RA2 is configured. When the second joint portion J2 rotates, the arm portion 2 rotates in a vertical direction around the second rotation axis RA2, that is, performs a undulation operation.

第4関節部J4は、アーム部2の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第3関節部J3の第3移動軸RA3に典型的には接する第4回転軸RA4を有するねじり関節である。第4関節部J4が回転すると、手首部4及び手首部4に取り付けられたロボットハンドは第4回転軸RA4を中心に回転する。第5関節部J5は、第4関節部J4の第4回転軸RA4に対して直交する第5回転軸RA5を有する曲げ関節部である。第5関節部J5が回転すると、第5関節部J5から先端にかけてロボットハンドとともに上下(第5回転軸RA5を中心に垂直方向)に回動する。第6関節部J6は、第4関節部J4の第4回転軸RA4に直交し、第5関節部J5の第5回転軸RA5に垂直な第6回転軸RA6を有する曲げ関節である。第6関節部J6が回転すると、ロボットハンドは左右に旋回する。   The fourth joint portion J4 is a torsional joint having an arm central axis along the expansion / contraction direction of the arm portion 2, that is, a fourth rotation axis RA4 that typically contacts the third movement axis RA3 of the third joint portion J3. When the fourth joint portion J4 rotates, the wrist portion 4 and the robot hand attached to the wrist portion 4 rotate about the fourth rotation axis RA4. The fifth joint J5 is a bending joint having a fifth rotation axis RA5 orthogonal to the fourth rotation axis RA4 of the fourth joint J4. When the fifth joint portion J5 rotates, the fifth joint portion J5 rotates up and down (vertical direction around the fifth rotation axis RA5) together with the robot hand from the fifth joint portion J5 to the tip. The sixth joint J6 is a bending joint having a sixth rotation axis RA6 perpendicular to the fourth rotation axis RA4 of the fourth joint J4 and perpendicular to the fifth rotation axis RA5 of the fifth joint J5. When the sixth joint portion J6 rotates, the robot hand turns left and right.

上記の通り手首部4のアダプタに取り付けられたロボットハンドは、第1、第2、第3関節部J1.J2.J3により任意位置に移動され、第4、第5、第6関節部J4、J5、J6により任意姿勢に配置される。特に第3関節部J3のアーム部2の伸縮距離の長さは、基部1の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンドを到達させることを可能にする。また、第3関節部J3のアーム部2の曲線的な伸縮動作は、適用環境の制約を緩和させることを可能にする。第3関節部J3はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが特徴的である。   As described above, the robot hand attached to the adapter of the wrist portion 4 includes the first, second, and third joint portions J1. J2. It is moved to an arbitrary position by J3, and is arranged in an arbitrary posture by the fourth, fifth, and sixth joint portions J4, J5, and J6. In particular, the length of the extension / contraction distance of the arm part 2 of the third joint part J3 enables the robot hand to reach a wide range of objects from the proximity position of the base 1 to the remote position. Further, the curvilinear expansion / contraction operation of the arm portion 2 of the third joint portion J3 makes it possible to relax the restriction of the application environment. The third joint portion J3 is characterized by a linear expansion / contraction operation realized by a linear motion expansion / contraction mechanism constituting the third joint portion J3 and a length of the expansion / contraction distance.

図2は、図1のロボットアーム機構の内部構造を示す断面図である。直動伸縮機構はアーム部2と射出部30とを有する。アーム部2は列状に連結された複数の連結コマ21からなる。複数の連結コマ21は、同一の断面ロ字形状を有する短筒状体である。前後の連結コマ21は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。連結コマ21は、連結コマ21の幅方向に平行な屈曲回転軸を有する。列状に連結された複数の連結コマ21は、内側に屈曲するこができるが、連結コマ21の断面がロ字形状であるため、隣り合う連結コマ21の側板同士が衝突して、外側には屈曲しない。複数の連結コマ21は内側への屈曲が拘束されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成する。また、柱状体は屈曲の拘束が解除されることにより複数の連結コマ21に分離される。なお、連結コマ21を構成する4つの板のうち、底板に垂直に設けられる2つの板各々を側板、底板に対して対向して設けられる板を天板と称す。それぞれの板の裏面により筒状部分が規定される。連結コマ21の底板の表面には連結方向に沿って図示しないリニアギアが形成されている。複数の連結コマ21が直線状に整列されたときに互いのリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the robot arm mechanism of FIG. The linear motion expansion / contraction mechanism has an arm part 2 and an injection part 30. The arm unit 2 includes a plurality of connecting pieces 21 connected in a row. The plurality of connecting pieces 21 are short cylindrical bodies having the same cross-sectionally R shape. The front and rear connecting pieces 21 are connected in a row so as to be bent by pins at the end portions of each other. The connecting piece 21 has a bending rotation axis parallel to the width direction of the connecting piece 21. The plurality of connecting pieces 21 connected in a row can be bent inward. However, since the cross section of the connecting pieces 21 has a square shape, the side plates of the adjacent connecting pieces 21 collide with each other to the outside. Does not bend. The plurality of connecting pieces 21 constitutes a columnar body having a certain rigidity by restraining inward bending. Further, the columnar body is separated into a plurality of connecting pieces 21 by releasing the bending restriction. Of the four plates constituting the connecting piece 21, each of the two plates provided perpendicular to the bottom plate is referred to as a side plate, and the plate provided opposite to the bottom plate is referred to as a top plate. A cylindrical portion is defined by the back surface of each plate. A linear gear (not shown) is formed on the surface of the bottom plate of the connecting piece 21 along the connecting direction. When the plurality of connecting pieces 21 are aligned in a straight line, the linear gears are connected in a straight line to form a long linear gear.

複数の連結コマ21は、第3支持体11c内の開口付近に取り付けられた射出部30で屈曲が拘束される。例えば、複数の連結コマ21は、連結コマ21の天板表面に設けられた拘束板が、射出部30で前後の連結コマ21の天板表面に跨ることで、屈曲が拘束される。射出部30は、複数の上部ローラ31と複数の下部ローラ32とが角筒形状のフレーム35に支持されてなる。例えば、複数の上部ローラ31と複数の下部ローラ32とは連結コマ21の長さと略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列される。射出部30に誘導された連結コマ21は、上部ローラ31と下部ローラ32とにより、直線上に整列されるとともに、複数の上部ローラ31と複数の下部ローラ32とにより支持される。射出部30の底板後方の一部分は切り欠かれ、その切り欠かれた部分にドライブギア50が設けられる。ドライブギア50が設けられる位置は、連結コマ21の底板表面に設けられたリニアギアの位置に対応する。ドライブギア50は図示しない減速器を介してモータ55に接続される。ドライブギア50は、直線状のリニアギアにかみ合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア50とともにラックアンドピニオン機構を構成する。   The plurality of connecting pieces 21 are restrained from being bent by the injection portion 30 attached near the opening in the third support 11c. For example, the bending of the plurality of connecting pieces 21 is restricted by the constraining plate provided on the top plate surface of the connecting piece 21 straddling the top plate surfaces of the front and rear connecting pieces 21 by the injection unit 30. The injection unit 30 includes a plurality of upper rollers 31 and a plurality of lower rollers 32 supported by a rectangular tube-shaped frame 35. For example, the plurality of upper rollers 31 and the plurality of lower rollers 32 are arranged along the arm center axis at an interval substantially equal to the length of the connecting piece 21. The connecting pieces 21 guided to the injection unit 30 are linearly aligned by the upper roller 31 and the lower roller 32 and supported by the plurality of upper rollers 31 and the plurality of lower rollers 32. A part of the injection plate 30 behind the bottom plate is cut out, and a drive gear 50 is provided in the cut out part. The position where the drive gear 50 is provided corresponds to the position of the linear gear provided on the bottom plate surface of the connecting piece 21. The drive gear 50 is connected to the motor 55 via a speed reducer (not shown). The drive gear 50 is meshed with a linear linear gear. The linear gear connected in a straight line forms a rack and pinion mechanism together with the drive gear 50.

アーム伸長時、モータ55が駆動し、ドライブギア50が順回転することにより複数の連結コマ21は射出部30から前方に向かって送り出される。このとき、複数の連結コマ21は、射出部30で内側への屈曲が拘束され柱状体を構成する。アーム収縮時、モータ55が駆動し、ドライブギア50が逆回転することにより、柱状体は射出部30に引き戻される。このとき、柱状体は、射出部30で屈曲の拘束が解除され、連結コマ21に分離される。分離された連結コマ21は、第1回転軸RA1に沿う方向に屈曲され、第1支持体11aの内部に格納される。   When the arm is extended, the motor 55 is driven and the drive gear 50 rotates forward, whereby the plurality of connecting pieces 21 are fed forward from the injection unit 30. At this time, the plurality of connecting pieces 21 are constrained to be bent inward by the injection portion 30 to form a columnar body. When the arm contracts, the motor 55 is driven and the drive gear 50 rotates in the reverse direction, whereby the columnar body is pulled back to the injection unit 30. At this time, the columnar body is released from the bending restriction at the injection portion 30 and separated into the connecting pieces 21. The separated connecting piece 21 is bent in a direction along the first rotation axis RA1 and stored in the first support 11a.

本実施形態に係る直動伸縮機構は第7関節部J7を有する。アーム部2を構成する複数の連結コマ21のうち1つの連結コマ21は、第7関節部J7を構成する曲げ関節機構を有する。第7関節部J7は連結コマ21の屈曲回転軸に対して平行な第7回転軸RA7を中心とした曲げ関節である。以下、連結コマ21の屈曲回転軸に対して平行な第7回転軸RA7を有する曲げ関節機構を備える連結コマ21を関節コマ25という。図2に示すロボットアーム機構においては、第7回転軸RA7は、第2回転軸RA2に平行な回転軸である。第7関節部J7が回転すると、関節コマ25から先端にかけて、第7回転軸RA7を中心に垂直方向に回転、つまり起伏動作をする。   The linear motion extension / contraction mechanism according to the present embodiment has a seventh joint portion J7. One connecting piece 21 among the plurality of connecting pieces 21 constituting the arm portion 2 has a bending joint mechanism constituting the seventh joint portion J7. The seventh joint J7 is a bending joint centered on a seventh rotation axis RA7 parallel to the bending rotation axis of the connecting piece 21. Hereinafter, the connecting piece 21 including the bending joint mechanism having the seventh rotation axis RA7 parallel to the bending rotation axis of the connecting piece 21 is referred to as a joint piece 25. In the robot arm mechanism shown in FIG. 2, the seventh rotation axis RA7 is a rotation axis parallel to the second rotation axis RA2. When the seventh joint portion J7 rotates, from the joint piece 25 to the tip, the seventh joint portion J7 rotates in the vertical direction around the seventh rotation axis RA7, that is, performs a undulation operation.

以下、曲げ関節機構を有する関節コマ25の構造について図3,4、5を参照して説明する。図3は、図2のアーム部2の構造を示す斜視図である。図4は、図3のアーム部2の内部構造を示す図である。図5は、図3のアーム部2の側面図である。
関節コマ25は、第1コマ部材251と第2コマ部材252とを有する。第1コマ部材251は縦断面が凹形状(C形状)を有する。第2コマ部材252は、縦断面が凸形状(逆T形状)を有する。第1コマ部材251に第2コマ部材252が回転自在に嵌め込まれる。第1コマ部材251の後方の両縁部分には回転シャフトが固定されている。回転シャフトは連結コマ21の屈曲回転軸に平行に固定される。回転シャフトは、屈曲回転軸に平行な第7回転軸RA7を有する。回転シャフトにはベアリングを介して第2コマ部材252が回転自在に設けられている。第2コマ部材252には、アクチュエータとして、例えば、ステッピングモータが内蔵されている。ステッピングモータのドライブシャフトには、ギア等を介して回転シャフトが接続されている。上記の関節コマ25の曲げ関節機構によれば、ステッピングモータが回転することで、第2コマ部材252に対して第1コマ部材251を第7回転軸RA7を中心に回転させることができる。つまり、アーム部2の関節コマ25から先端にかけての部分を第7回転軸RA7を中心に上下に起伏させることができる。第2コマ部材252の裾部の両縁部分は横断面が山形状となるようテーパー状に切り欠かれている。これにより、図5に示すように、第7関節部J7の上下に起伏する角度θ1の可動範囲を上下それぞれに90度を超える角度まで拡大することができる。
Hereinafter, the structure of the joint piece 25 having the bending joint mechanism will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the arm portion 2 of FIG. FIG. 4 is a diagram showing an internal structure of the arm portion 2 of FIG. FIG. 5 is a side view of the arm portion 2 of FIG.
The joint piece 25 includes a first piece member 251 and a second piece member 252. The first frame member 251 has a concave shape (C shape) in the longitudinal section. The second frame member 252 has a convex shape (inverted T shape) in the longitudinal section. The second piece member 252 is rotatably fitted to the first piece member 251. A rotating shaft is fixed to both edge portions on the rear side of the first piece member 251. The rotation shaft is fixed in parallel to the bending rotation axis of the connecting piece 21. The rotation shaft has a seventh rotation axis RA7 parallel to the bending rotation axis. A second top member 252 is rotatably provided on the rotating shaft via a bearing. For example, a stepping motor is incorporated in the second piece member 252 as an actuator. A rotation shaft is connected to the drive shaft of the stepping motor via a gear or the like. According to the bending joint mechanism of the joint piece 25 described above, the first piece member 251 can be rotated about the seventh rotation axis RA7 with respect to the second piece member 252 by the rotation of the stepping motor. That is, the portion from the joint piece 25 to the tip of the arm portion 2 can be raised and lowered around the seventh rotation axis RA7. Both edge portions of the bottom portion of the second piece member 252 are notched in a tapered shape so that the cross section is a mountain shape. Thereby, as shown in FIG. 5, the movable range of the angle θ <b> 1 that undulates up and down of the seventh joint portion J <b> 7 can be expanded to an angle exceeding 90 degrees in the vertical direction.

以上説明した本実施形態に係る直動伸縮機構によれば、直線的に伸縮するアーム部2に、上下に曲がる曲げ関節を組み込むことができる。これにより、手首部4のアダプタに取り付けられたロボットハンドを直線以外の経路で目標位置に到達させることができる。例えば、第3支持体11cの開口と目標位置とを結ぶ直線上に障害物がある場合であっても、障害物を上方から又は下方から避けてロボットハンドを目標位置に到達させることができる。したがって、本実施形態に係る直動伸縮機構によれば、適用環境の制約を緩和できる。   According to the linear motion expansion / contraction mechanism according to the present embodiment described above, a bending joint that bends up and down can be incorporated into the arm portion 2 that linearly expands and contracts. Thereby, the robot hand attached to the adapter of the wrist part 4 can be made to reach the target position through a route other than a straight line. For example, even when there is an obstacle on a straight line connecting the opening of the third support 11c and the target position, the robot hand can reach the target position while avoiding the obstacle from above or below. Therefore, according to the linear motion expansion / contraction mechanism according to the present embodiment, restrictions on the application environment can be relaxed.

(変形例)
第7関節部J7はY軸に平行な連結コマ21の屈曲回転軸に対して直交するZ軸に平行な第7回転軸RA7を中心とした曲げ関節であってもよい。複数の連結コマ21のうち1つは、第7関節部J7を構成する曲げ関節機構を有する。変形例において、第7関節部J7は、連結コマ21の屈曲回転軸に対して直交する第7回転軸RA7を有する。以下、連結コマ21の屈曲回転軸に対して直交する第7回転軸RA7を有する曲げ関節機構を備える連結コマ21を関節コマ27という。この場合、第7関節部J7が回転すると、関節コマ27から先端にかけて、第7回転軸RA7を中心に左右に旋回する。図6は、図2のアーム部2の他の構造を示す斜視図である。図7は、図6のアーム部2の内部構造を示す図である。図8は、図6のアーム部2の上方視図である。ここでは、第7回転軸RA7は、連結コマ21の屈曲回転軸と第3移動軸RA3とに直交するものとする。言い換えると、第7回転軸RA7は、連結コマ21の厚み方向に平行な回転軸である。
(Modification)
The seventh joint portion J7 may be a bending joint centered on a seventh rotation axis RA7 parallel to the Z axis perpendicular to the bending rotation axis of the connecting piece 21 parallel to the Y axis. One of the plurality of connecting pieces 21 has a bending joint mechanism constituting the seventh joint portion J7. In the modification, the seventh joint portion J7 has a seventh rotation axis RA7 orthogonal to the bending rotation axis of the connecting piece 21. Hereinafter, the connecting piece 21 including the bending joint mechanism having the seventh rotation axis RA7 orthogonal to the bending rotation axis of the connecting piece 21 is referred to as a joint piece 27. In this case, when the seventh joint portion J7 rotates, it turns to the left and right about the seventh rotation axis RA7 from the joint piece 27 to the tip. FIG. 6 is a perspective view showing another structure of the arm portion 2 of FIG. FIG. 7 is a view showing the internal structure of the arm portion 2 of FIG. FIG. 8 is a top view of the arm portion 2 of FIG. Here, it is assumed that the seventh rotation axis RA7 is orthogonal to the bending rotation axis of the connecting piece 21 and the third movement axis RA3. In other words, the seventh rotation axis RA7 is a rotation axis parallel to the thickness direction of the connecting piece 21.

関節コマ27は、第3コマ部材271と第4コマ部材272とを有する。第3コマ部材271は横断面が凹形状(C形状)を有する。第4コマ部材272は縦断面が凸形状(逆T形状)を有する。第3コマ部材271に第4コマ部材272が回転自在に嵌め込まれる。第3コマ部材271の裾部の両縁部分には回転シャフトが固定されている。回転シャフトは連結コマ21の屈曲回転軸と第3移動軸RA3とに直交するよう固定される。回転シャフトは、屈曲回転軸と第3移動軸RA3とに直交する第7回転軸RA7を有する。回転シャフトにはベアリングを介して第4コマ部材272が回転自在に設けられている。第4コマ部材272には、アクチュエータとして、例えば、ステッピングモータが内蔵されている。ステッピングモータのドライブシャフトには、ギア等を介して回転シャフトが接続されている。上記の関節コマ27の曲げ関節機構によれば、ステッピングモータが回転することで、第4コマ部材272に対して第3コマ部材271を第7回転軸RA7を中心に回転させることができる。つまり、アーム部2の関節コマ27から先端にかけての部分を第7回転軸RA7を中心に左右に旋回させることができる。第4コマ部材272の両縁部分はその縦断面が山形状となるよう切り欠かれている。これにより、図8に示すように、第7関節部J7の左右に旋回する角度θ2の可動範囲を左右それぞれに90度を超える角度まで拡大することができる。   The joint piece 27 includes a third piece member 271 and a fourth piece member 272. The third frame member 271 has a concave shape (C shape) in cross section. The fourth frame member 272 has a convex shape (inverted T shape) in the longitudinal section. A fourth frame member 272 is rotatably fitted to the third frame member 271. A rotating shaft is fixed to both edge portions of the skirt portion of the third frame member 271. The rotation shaft is fixed so as to be orthogonal to the bending rotation axis of the connecting piece 21 and the third movement axis RA3. The rotation shaft has a seventh rotation axis RA7 orthogonal to the bending rotation axis and the third movement axis RA3. A fourth frame member 272 is rotatably provided on the rotating shaft via a bearing. For example, a stepping motor is incorporated in the fourth frame member 272 as an actuator. A rotation shaft is connected to the drive shaft of the stepping motor via a gear or the like. According to the bending joint mechanism of the joint piece 27 described above, the third piece member 271 can be rotated about the seventh rotation axis RA7 with respect to the fourth piece member 272 by rotating the stepping motor. That is, the portion from the joint piece 27 to the tip of the arm portion 2 can be turned left and right about the seventh rotation axis RA7. Both edge portions of the fourth frame member 272 are notched so that the longitudinal section thereof is a mountain shape. Thereby, as shown in FIG. 8, the movable range of the angle θ2 of turning to the right and left of the seventh joint portion J7 can be expanded to an angle exceeding 90 degrees on each of the left and right.

以上説明した本実施形態の変形例に係る直動伸縮機構によれば、直線的に伸縮するアーム部2に、左右に曲がる曲げ関節を組み込むことができる。これにより、手首部4のアダプタに取り付けられたロボットハンドを直線以外の経路で目標位置に到達させることができる。例えば、第3支持体11cの開口と目標位置とを結ぶ直線上に障害物がある場合であっても、障害物を左方から又は右方から避けてロボットハンドを目標位置に到達させることができる。したがって、本実施形態の変形例に係る直動伸縮機構によれば、適用環境の制約を緩和できる。   According to the linear motion expansion / contraction mechanism according to the modified example of the present embodiment described above, a bending joint that bends left and right can be incorporated into the arm portion 2 that linearly expands and contracts. Thereby, the robot hand attached to the adapter of the wrist part 4 can be made to reach the target position through a route other than a straight line. For example, even when there is an obstacle on a straight line connecting the opening of the third support 11c and the target position, the robot hand can reach the target position while avoiding the obstacle from the left or the right. it can. Therefore, according to the linear motion expansion / contraction mechanism according to the modification of the present embodiment, it is possible to relax the restriction of the application environment.

なお、本実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部2は、回転軸の方向が同一の複数の曲げ関節を備えてもよい。例えば、図9に示すように、アーム部2は、複数、ここでは、2つの曲げ関節を備えてもよい。複数の連結コマ21のうち2つの関節コマ25が、連結コマ21の屈曲回転軸と平行な第7、8関節部J7,8を有する曲げ関節機構を備える。また、例えば、図10に示すように、複数の連結コマ21のうち、2つの関節コマ27が、連結コマ21の屈曲回転軸と第3移動軸RA3とに直交する第7、8関節部J7,8を構成する曲げ関節機構を備えてもよい。   In addition, the arm part 2 which comprises the linear motion expansion-contraction mechanism which concerns on this embodiment may be provided with the some bending joint with the same direction of a rotating shaft. For example, as shown in FIG. 9, the arm unit 2 may include a plurality of, here two bending joints. Two joint pieces 25 out of the plurality of connection pieces 21 include a bending joint mechanism having seventh and eighth joint portions J7 and 8 parallel to the bending rotation axis of the connection piece 21. For example, as shown in FIG. 10, among the plurality of connecting pieces 21, two joint pieces 27 are seventh and eighth joint portions J7 orthogonal to the bending rotation axis of the connecting piece 21 and the third movement axis RA3. , 8 may be provided.

さらに、本実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部2は、回転軸の方向が異なる複数種類の曲げ関節を備えてもよい。例えば、図11に示すように、複数の連結コマ21のうち、関節コマ25が連結コマ21の屈曲回転軸と平行な第7関節部J7を構成する曲げ関節機構を備え、関節コマ27が連結コマ21の屈曲回転軸とアーム中心軸とに直交する第8関節部J8を構成する曲げ関節機構を備えてもよい。   Furthermore, the arm part 2 which comprises the linear motion expansion-contraction mechanism which concerns on this embodiment may be provided with the multiple types of bending joint from which the direction of a rotating shaft differs. For example, as shown in FIG. 11, among the plurality of connecting pieces 21, the joint piece 25 includes a bending joint mechanism that forms a seventh joint portion J7 parallel to the bending rotation axis of the connecting piece 21, and the joint piece 27 is connected. You may provide the bending joint mechanism which comprises the 8th joint part J8 orthogonal to the bending | flexion rotation axis of the top | top | piece 21, and an arm center axis | shaft.

以上のように、直線的に伸縮するアーム部2に複数の曲げ関節を組み込むことで、1つの曲げ関節を備えるアーム部2よりも、さらに複雑な経路でロボットハンドを目標位置に到達させることができる。   As described above, by incorporating a plurality of bending joints in the arm section 2 that linearly expands and contracts, the robot hand can reach the target position through a more complicated path than the arm section 2 including one bending joint. it can.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…基部、2…アーム部、4…手首部、J1,J2,J4,J5,J6、J7…回転関節部、J3…直動関節部、11a…第1支持体、11b…第2支持体、11c…第3支持体、21…連結コマ、25、27…関節コマ、30…射出部、31…上部ローラ、32…下部ローラ、50…ドライブギア、55…モータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base part, 2 ... Arm part, 4 ... Wrist part, J1, J2, J4, J5, J6, J7 ... Rotary joint part, J3 ... Linear motion joint part, 11a ... 1st support body, 11b ... 2nd support body , 11c ... third support, 21 ... connecting piece, 25, 27 ... joint piece, 30 ... injection part, 31 ... upper roller, 32 ... lower roller, 50 ... drive gear, 55 ... motor

Claims (7)

屈曲可能に連結された短角筒形状の複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記連結コマの屈曲の拘束が解除されて前記柱状体の状態から屈曲可能な状態に復帰する、
前記柱状体を支持する支持部とを具備し、
前記連結コマの少なくとも一は曲げ関節を備えることを特徴とする直動伸縮機構。
A plurality of short-tube-shaped connecting pieces connected to bendable, and a columnar body is formed by restraining the bending of the connecting piece. Return to a bendable state,
A support portion for supporting the columnar body,
At least one of the connecting pieces includes a bending joint.
前記曲げ関節の回転軸は、前記連結コマの屈曲回転軸に対して平行であることを特徴とする請求項1記載の直動伸縮機構。   2. The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 1, wherein a rotation axis of the bending joint is parallel to a bending rotation axis of the connecting piece. 前記複数の連結コマのうち2以上の連結コマが前記曲げ関節を有することを特徴とする請求項2記載の直動伸縮機構。   The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 2, wherein two or more of the plurality of connecting pieces have the bending joint. 前記曲げ関節の回転軸は、前記連結コマの屈曲回転軸に対して直交することを特徴とする請求項1記載の直動伸縮機構。   2. The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 1, wherein a rotation axis of the bending joint is orthogonal to a bending rotation axis of the connecting piece. 前記曲げ関節の回転軸は、前記柱状体の中心軸に対して直交することを特徴とする請求項4記載の直動伸縮機構。   The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 4, wherein a rotation axis of the bending joint is orthogonal to a central axis of the columnar body. 前記複数の連結コマのうち2以上の連結コマが前記曲げ関節を有することを特徴とする請求項5記載の直動伸縮機構。   6. The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 5, wherein two or more connecting pieces among the plurality of connecting pieces have the bending joint. 前記複数の連結コマの少なくとも一は、前記連結コマの屈曲回転軸に対して平行な回転軸を有する曲げ関節を有することを特徴とする請求項5記載の直動伸縮機構。

6. The linear motion expansion / contraction mechanism according to claim 5, wherein at least one of the plurality of connecting pieces has a bending joint having a rotation axis parallel to a bending rotation axis of the connecting piece.

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