JP2020059098A - Robot arm - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットアームに関し、詳しくは多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるロボットアームに関するものである。 The present invention relates to a robot arm, and more particularly, to a robot arm capable of achieving motions with multiple degrees of freedom, weight reduction in volume, and size reduction.
ロボットアームはすでに外科の様々な手術に汎用されている。ロボットアームのサポートによって手術に関わる医療行為(病変部位置の判断またはメスの届く深さのコントロールなど)を正確に把握できるだけでなく、人為的な操作ミスが原因で医療事故を引き起こすリスクを大幅に減少させることができる。しかしながら、ロボットアームの体積は厖大であるため、ロボットアームを操作するには比較的大きい空間が必要である。 Robot arms are already used in various surgical procedures. With the support of the robot arm, not only can medical procedures related to surgery (judgment of lesion position or control of the depth reached by the scalpel, etc.) be accurately grasped, but the risk of causing a medical accident due to human error is greatly increased. Can be reduced. However, since the volume of the robot arm is enormous, a relatively large space is required to operate the robot arm.
本発明は、多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるロボットアームを提供することを主な目的とする。 It is a main object of the present invention to provide a robot arm capable of achieving multi-degree of freedom movement, volume reduction, and size reduction.
上述した課題を解決するため、ロボットアームは台座、駆動モジュール、伝動連接棒機構および受動連接棒機構を備える。駆動モジュールは第一駆動源および第二駆動源を有する。第一駆動源および第二駆動源は台座に配置される。伝動連接機構は第一伝動連接棒、第二伝動連接棒および第三伝動連接棒を有する。第一伝動連接棒は末端部が第一駆動源に連結されるため、第一駆動源の駆動力によって第一軸方向を中心に回転することができる。第二伝動連接棒は前端部が第二駆動源に連結されるため、第二駆動源の駆動力によって第一軸方向に平行な第二軸方向を中心に回転することができる。第三伝動連接棒は後端部が第一伝動連接棒の先端部に連結される。受動連接棒機構は第一受動連接棒、第二受動連接棒、第三受動連接棒および第四受動連接棒を有する。第一受動連接棒は末端部が第二伝動連接棒の後端部に連結され、先端部が第二受動連接棒の後端部に連結される。第二受動連接棒は前端部が台座に連結されるため、第一受動連接棒は第二伝動連接棒の駆動力によって第一軸方向を中心に第二受動連接棒を回転させることができる。第三受動連接棒は末端部が第一受動連接棒の先端部および第二受動連接棒の後端部に連結され、先端部が第四受動連接棒の後端部に連結される。第四受動連接棒は前端部が第三伝動連接棒の後端部に連結されるため、第三受動連接棒は第一受動連接棒および第二受動連接棒に伴って作動できるだけでなく、第四受動連接棒に伴って作動できる。 To solve the above-mentioned problems, the robot arm includes a pedestal, a drive module, a transmission connecting rod mechanism, and a passive connecting rod mechanism. The drive module has a first drive source and a second drive source. The first drive source and the second drive source are arranged on the pedestal. The transmission connecting mechanism has a first transmission connecting rod, a second transmission connecting rod and a third transmission connecting rod. Since the distal end of the first transmission connecting rod is connected to the first driving source, it can be rotated about the first axial direction by the driving force of the first driving source. Since the front end portion of the second transmission connecting rod is connected to the second drive source, it can be rotated about the second axial direction parallel to the first axial direction by the driving force of the second drive source. The rear end of the third transmission connecting rod is connected to the tip of the first transmission connecting rod. The passive connecting rod mechanism has a first passive connecting rod, a second passive connecting rod, a third passive connecting rod and a fourth passive connecting rod. A first end of the first passive connecting rod is connected to a rear end of the second transmission connecting rod, and a front end of the first passive connecting rod is connected to a rear end of the second passive connecting rod. Since the front end portion of the second passive connecting rod is connected to the pedestal, the first passive connecting rod can rotate the second passive connecting rod about the first axial direction by the driving force of the second transmission connecting rod. The end of the third passive connecting rod is connected to the front end of the first passive connecting rod and the rear end of the second passive connecting rod, and the front end is connected to the rear end of the fourth passive connecting rod. Since the front end of the fourth passive connecting rod is connected to the rear end of the third transmission connecting rod, the third passive connecting rod can operate not only with the first passive connecting rod and the second passive connecting rod, but also Can work with four passive connecting rods.
上述した構造特徴により、本発明によるロボットアームは体積が厖大で重さが大きいという従来技術の問題を改善できるだけでなく、多自由度の運動、体積の軽量化および小型化を実現させることができるため、工業および医療に関連する領域に適用できる。 Due to the above-mentioned structural features, the robot arm according to the present invention can not only solve the problems of the prior art that the volume is large and the weight is heavy, but also can realize the movement of multiple degrees of freedom, the reduction in volume and the reduction in size. Therefore, it can be applied to the fields related to industry and medicine.
比較的好ましい場合、第一駆動源および第二駆動源は台座の同じ側に配置されるため、体積の大きい部品をまとめて体積を軽量化および小型化することができる。 In a relatively preferable case, since the first drive source and the second drive source are arranged on the same side of the pedestal, it is possible to reduce the volume and size of the components having a large volume by combining them.
比較的好ましい場合、第二受動連接棒は第四受動連接棒に平行である。第二伝動連接棒は長さが第二受動連接棒の長さより大きい。第二受動連接棒と第四受動連接棒は長さが等しい。第二伝動連接棒、第二受動連接棒および第四受動連接棒の連結関係によって第三伝動連接棒の運動範囲は第二伝動連接棒に対して拡大され、需要の作動範囲に達することができる。 In a relatively preferred case, the second passive connecting rod is parallel to the fourth passive connecting rod. The length of the second transmission connecting rod is larger than the length of the second passive connecting rod. The second passive connecting rod and the fourth passive connecting rod have the same length. Due to the connecting relation of the second transmission connecting rod, the second passive connecting rod and the fourth passive connecting rod, the movement range of the third transmission connecting rod is expanded with respect to the second transmission connecting rod, and the operating range of demand can be reached. .
本発明によるロボットアームの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法を、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。 The detailed structure, characteristics, assembling or use method of the robot arm according to the present invention will be clarified through the following detailed description of the embodiments. Further, the following detailed description and the embodiments presented by the present invention are merely examples for explaining the present invention, and it is common knowledge in the field related to the present invention that the scope of claims of the present invention cannot be limited. Then you should understand.
以下、本発明によるロボットアームの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中の同じ符号は同じ部品または類似した部品の構造特徴を示す。明細書において、先端、末端、前、後などの方向性の用語は図面に示した方向に基づいて表現される。 Hereinafter, an embodiment of a robot arm according to the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings indicate structural features of the same component or similar components. In the specification, directional terms such as tip, end, front, and rear are expressed based on the directions shown in the drawings.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態によるロボットアーム10のハウジング12が取り外される前の状態である。図2および図3に示すように、ハウジング12が取り外されたロボットアーム10は台座20、駆動モジュール30、伝動連接棒機構40および受動連接棒機構50を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a state before the
駆動モジュール30は、第一駆動源31および第二駆動源32を有する。本実施形態において、第一駆動源31および第二駆動源32はモーターである。図3に示すように、第一駆動源31および第二駆動源32は台座20の同じ側に上下に並ぶように配置される。
The
伝動連接機構40は、第一伝動連接棒41、第二伝動連接棒42および第三伝動連接棒43を有する。第一伝動連接棒41は接続部材(図中未表示)によって末端部が第一駆動源31の駆動軸(図中未表示)に連結されるため、第一駆動源31の駆動力によって第一軸方向A1を中心に回転することができる。第二伝動連接棒42は接続部材(図中未表示)によって前端部が第二駆動源32の駆動軸(図中未表示)に連結されるため、第二駆動源32の駆動力によって第一軸方向A1に平行な第二軸方向A2を中心に回転することができる。第三伝動連接棒43はシャフト60によって後端部が第一伝動連接棒41の先端部に接続される。
図1に示すように、多軸運動モジュール14は第三伝動連接棒43に装着される。詳しく言えば、図4に示すように、第一伝動連接棒41は先端部に円形の接続孔44を有する。第三伝動連接棒43は後端部に非円形の第一嵌合孔45を有する。シャフト60は第一非円形部位61、第二非円形部位62および円形部位63を有する。シャフト60の第二非円形部位62は第一非円形部位61に繋がり、第三伝動連接棒43の第一嵌合孔45に嵌まり込む。シャフト60の円形部位63は第二非円形部位62に繋がり、第一伝動連接棒41の接続孔44に回転可能に装着される。
上述した構造により、第一伝動連接棒41と第三伝動連接棒43は相対的に回転できる。本実施形態において、シャフト60の第一非円形部位61は二つの相対する第一平面612を有する。シャフト60の第二非円形部位62は二つの相対する第二平面622を有する。第一平面612と第二平面622は相互に平行である。
The
As shown in FIG. 1, the
With the structure described above, the first
図2および図5に示すように、受動連接棒機構50は、第一受動連接棒51、第二受動連接棒52、第三受動連接棒53および第四受動連接棒54を有する。第一受動連接棒51は末端部が第二伝動連接棒42の後端部に連結され、先端部が第二受動連接棒52の後端部に連結される。第二受動連接棒52は前端部が台座20上の駆動モジュール30と反対の一側面に連結されるため、第一受動連接棒51は第二伝動連接棒42の駆動力によって第一軸方向A1を中心に第二受動連接棒52を回転させることができる。
第三受動連接棒53の末端部は第一受動連接棒51の先端部および第二受動連接棒52の後端部に連結される。つまり、第三受動連接棒53、第一受動連接棒51よび第二受動連接棒52は同軸上に連結される。第三受動連接棒53の先端部は第四受動連接棒54の後端部に連結される。第四受動連接棒54の前端部はシャフト60によって第三伝動連接棒43の後端部に連結される。詳しく言えば、図4に示すように、第四受動連接棒54は前端部に非円形の第二嵌合孔55を有する。シャフト60の第一非円形部位61は第四受動連接棒54の第二嵌合孔55に嵌まり込むため、第四受動連接棒54と第三伝動連接棒43は同調作動できる。第四受動連接棒54と第一伝動連接棒41は相対的に回転できる。
As shown in FIGS. 2 and 5, the passive
The end portion of the third
図5および図6に示すように、第一伝動連接棒41が第一駆動源31の駆動力によって第一軸方向A1を中心に回転する際、第一伝動連接棒41はシャフト60によって第三伝動連接棒43および第四受動連接棒54を同調作動させる。続いて第四受動連接棒54は第三受動連接棒53の先端部に作用し、第三受動連接棒53の末端部を軸心にして第三受動連接棒53を回転させる。上述した連結方式により、第三伝動連接棒43と第三伝動連接棒43に装着された多軸運動モジュール14の前後位置を調整することができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the first
図7に示すように、第二伝動連接棒42が第一駆動源32の駆動力によって第一軸方向A2を中心に回転する際、第二伝動連接棒42は第一受動連接棒51を駆動する。続いて第一受動連接棒51は第二受動連接棒52を駆動し、第一軸方向A1を中心に第二受動連接棒52を回転させる。続いて第一受動連接棒51と第二受動連接棒52は第一伝動連接棒41に対して第三受動連接棒53を上昇または降下させる。
第三受動連接棒53は上昇したり降下したりすると同時に、シャフト60の円形部位63を軸心にして第四受動連接棒54を回転させる。回転中の第四受動連接棒54はシャフト60の第二非円形部位62によって第三伝動連接棒43を作動させ、第三伝動連接棒43の偏倚角度を変える。上述した連結方式により、第三伝動連接棒43と第三伝動連接棒43に装着された多軸運動モジュール14の角度を調整することができる。
As shown in FIG. 7, when the second
The third
図5に示すように、ロボットアーム10を始動する際、第二受動連接棒52は第四受動連接棒54に平行である。第二伝動連接棒42は長さが第二受動連接棒52の長さより大きい。第二受動連接棒52と第四受動連接棒54は長さが等しい。第二伝動連接棒42、第二受動連接棒52および第四受動連接棒54の連結関係によって第三伝動連接棒43の運動範囲は第二伝動連接棒42に対して拡大され、需要の作動範囲に達することができる。
As shown in FIG. 5, when starting the robot arm 10, the second
(第2実施形態)
図8および図9に示すように、本発明の第2実施形態において、シャフト70の第一非円形部位71の第一平面712とシャフト70の第二非円形部位72の第二平面722は相互に平行せず、夾角をなす。シャフト70によって第一伝動連接棒41、第三伝動連接棒43、第三受動連接棒53および第四受動連接棒54を組み合わせれば、夾角によって第三伝動連接棒43の作動範囲を変更し、異なる臨床の要求を満足することができる。
(Second embodiment)
As shown in FIGS. 8 and 9, in the second embodiment of the present invention, the first
上述をまとめてみると、本発明によるロボットアーム10は多自由度の運動によって実際の状況に応じて第三伝動連接棒43の前後位置および偏倚角度を正確に調整するため、工業および医療に関連する領域に適用できる。
また、本発明によるロボットアーム10は体積の大きい部品(例えば第一駆動源31および第二駆動源32)が同じ側にまとめられるため、体積の軽量化および小型化を実現させることができる。
To summarize the above, the robot arm 10 according to the present invention accurately adjusts the front-back position and the deviation angle of the third
Further, in the robot arm 10 according to the present invention, since parts having a large volume (for example, the
10 ロボットアーム
12 ハウジング
14 多軸運動モジュール
20 台座
30 駆動モジュール
31 第一駆動源
32 第二駆動源
40 伝動連接棒機構
41 第一伝動連接棒
42 第二伝動連接棒
43 第三伝動連接棒
44 接続孔
45 第一嵌合孔
50 受動連接棒機構
51 第一受動連接棒
52 第二受動連接棒
53 第三受動連接棒
54 第四受動連接棒
55 第二嵌合孔
60 シャフト
61 第一非円形部位
612 第一平面
62 第二非円形部位
622 第二平面
63 円形部位
70 シャフト
71 第一非円形部位
712 第一平面
72 第二非円形部位
722 第二平面
A1 第一軸方向
A2 第二軸方向
10
Claims (5)
前記駆動モジュールは、第一駆動源および第二駆動源を有し、前記第一駆動源および前記第二駆動源は前記台座に配置され、
前記伝動連接機構は、第一伝動連接棒、第二伝動連接棒および第三伝動連接棒を有し、
前記第一伝動連接棒は末端部が前記第一駆動源に連結され、前記第一駆動源の駆動力によって第一軸方向を中心に回転することができ、
前記第二伝動連接棒は前端部が前記第二駆動源に連結され、前記第二駆動源の駆動力によって前記第一軸方向に平行な第二軸方向を中心に回転することができ、
前記第三伝動連接棒は後端部が前記第一伝動連接棒の先端部に連結され、
前記受動連接棒機構は、第一受動連接棒、第二受動連接棒、第三受動連接棒および第四受動連接棒を有し、
前記第一受動連接棒は末端部が前記第二伝動連接棒の後端部に連結され、先端部が前記第二受動連接棒の後端部に連結され、
前記第二受動連接棒は前端部が前記台座に連結され、前記第一受動連接棒は前記第二伝動連接棒の駆動力によって前記第一軸方向を中心に前記第二受動連接棒を回転させることができ、
前記第三受動連接棒は末端部が前記第一受動連接棒の先端部および前記第二受動連接棒の後端部に連結され、先端部が前記第四受動連接棒の後端部に連結され、
前記第四受動連接棒は前端部が前記第三伝動連接棒の後端部に連結されることを特徴とする、
ロボットアーム。 With pedestal, drive module, transmission connecting rod mechanism, and passive connecting rod mechanism,
The drive module has a first drive source and a second drive source, the first drive source and the second drive source are disposed on the pedestal,
The transmission connecting mechanism has a first transmission connecting rod, a second transmission connecting rod and a third transmission connecting rod,
A distal end of the first transmission connecting rod is connected to the first drive source, and the first transmission connecting rod can rotate about a first axial direction by a driving force of the first drive source.
A front end portion of the second transmission connecting rod is connected to the second drive source, and can be rotated about a second axial direction parallel to the first axial direction by a driving force of the second drive source.
The rear end of the third transmission connecting rod is connected to the tip of the first transmission connecting rod,
The passive connecting rod mechanism has a first passive connecting rod, a second passive connecting rod, a third passive connecting rod and a fourth passive connecting rod,
The first passive connecting rod has a distal end connected to a rear end of the second transmission connecting rod, and a front end connected to a rear end of the second passive connecting rod,
A front end portion of the second passive connecting rod is connected to the pedestal, and the first passive connecting rod rotates the second passive connecting rod about the first axial direction by a driving force of the second transmission connecting rod. It is possible,
A terminal portion of the third passive connecting rod is connected to a front end portion of the first passive connecting rod and a rear end portion of the second passive connecting rod, and a front end portion is connected to a rear end portion of the fourth passive connecting rod. ,
The fourth passive connecting rod has a front end connected to a rear end of the third transmission connecting rod.
Robot arm.
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