JP2020124776A - Joint mechanism - Google Patents

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Abstract

To provide a joint mechanism which has a plurality of degrees of freedom, a small size and a light weight, and can be easily installed on an arm.SOLUTION: A joint mechanism 10A comprises: a base end bevel gear 50 which is provided between an arm 14a and an arm 14b, and is rotatable around a shaft J1; an intermediate bevel gear 58 which is rotatable around a shaft J2; and a tip bevel gear 76 which is rotatable around a shaft J3, and further comprises at least two of: a base end motor 38 which rotates the base end bevel gear 50 around the shaft J1; an intermediate motor 54 which rotates the intermediate bevel gear 58 around the shaft J2; and a tip motor 68 which rotates the tip bevel gear 76 around the shaft J3. The arm 14a and the arm 14b are relatively rotatable around a reference axis 60. Power transmission is performed by engagement of the base end bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58. Power transmission is performed by engagement of the intermediate bevel gear 58 and the tip bevel gear 76. The arm 14b can perform a turning operation and an elevating operation.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、2つのアーム間に設けられる関節機構に関する。 The present invention relates to a joint mechanism provided between two arms.

産業用ロボットに多く採用されている複数関節型アームは、一般的にアーム間にそれぞれ1自由度の回転関節が設けられている。したがって複数関節型アームでは自由度の数だけ関節とアームがあって長大化している。また、産業用ロボットは据え置き型であって重量が重い。 A multi-joint type arm that is often used in industrial robots is generally provided with a rotary joint having one degree of freedom between the arms. Therefore, the multi-joint arm has joints and arms as many as the number of degrees of freedom, and thus is lengthened. In addition, the industrial robot is stationary and heavy.

例えば、ドローンなどの小型飛行体によるカメラ撮影を行う場合に、複数関節型アームでカメラの向きを調整できると好適であるが、小型飛行体に搭載可能な小型軽量の複数関節型アームは開発されていない。このような小型軽量の複数関節型アームを実現するためには、1つの関節で複数の自由度が実現できることが望ましい。それだけアームの数を減らせるからである。 For example, when shooting a camera with a small flying object such as a drone, it is preferable to be able to adjust the direction of the camera with a multi-joint arm, but a small and lightweight multi-joint arm that can be mounted on a small flying object has been developed. Not not. In order to realize such a compact and lightweight multi-joint arm, it is desirable that one joint can realize a plurality of degrees of freedom. This is because the number of arms can be reduced accordingly.

特許文献1には2自由度の関節機構が開示されている。この関節機構では回転ピボット継手と回転スイベル継手とを組み合わせており、それぞれをワイヤケーブルで駆動している。 Patent Document 1 discloses a joint mechanism having two degrees of freedom. In this joint mechanism, a rotary pivot joint and a rotary swivel joint are combined, and each is driven by a wire cable.

特開2010−255852号公報JP, 2010-255852, A

特許文献1に記載の関節機構はある程度小型で軽量とも考えられるが、ワイヤケーブルで駆動しているため、制御精度に劣るとともにワイヤケーブルの配索が困難である。特に、3以上のアームの各アーム間に関節機構を設ける場合には、ワイヤケーブルの配索が極めて困難であるとともに、伸びなど影響によって先端アームの精度が相当に劣ると考えられる。 The joint mechanism described in Patent Document 1 is considered to be small and lightweight to some extent, but since it is driven by a wire cable, it has poor control accuracy and it is difficult to install the wire cable. In particular, when a joint mechanism is provided between the three or more arms, it is considered that the wire cable is extremely difficult to arrange, and the accuracy of the tip arm is considerably deteriorated due to the influence of elongation and the like.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、小型軽量でアームへの設置が容易であり、しかも高精度な動作が可能な関節機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a joint mechanism that is small and lightweight, easy to install on an arm, and capable of highly accurate operation.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる関節機構は、2つのアーム間に設けられる関節機構であって、第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な基端円錐体と、第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な中間円錐体と、第3円錐面にかかる軸で他方のアームに沿った第3軸を中心に回転可能な先端円錐体と、を備え、さらに、前記基端円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、前記中間円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、前記先端円錐体を前記第3軸を中心として回転させ、前記他方のアームに設けられた第3モータと、のうち2つを備え、前記一方のアームと前記他方のアームとは基準軸まわりに相対的に回動可能に構成され、前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記基端円錐体と前記中間円錐体との間で動力伝達がなされ、前記第2円錐面と前記第3円錐面とが当接することによって、前記中間円錐体と前記基端円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism provided between two arms, and is a first mechanism that extends along one arm with an axis of the first conical surface. A base cone that is rotatable about one axis, an intermediate cone that is rotatable about a second axis on the second cone surface, and a third cone along the other arm on the axis on the third cone surface. A tip cone that is rotatable about an axis, and further rotates the base cone about the first axis to provide a first motor provided on the one arm, and the intermediate cone. A second motor that rotates about the second shaft as a center, and a third motor that rotates the tip cone about the third shaft and that is provided on the other arm. The one arm and the other arm are configured to be relatively rotatable about a reference axis, and the first conical surface and the second conical surface are in contact with each other, whereby the proximal cone and the conical body are connected. Power transmission is performed between the intermediate cone and the second conical surface and the third conical surface are in contact with each other, so that power is transmitted between the intermediate cone and the proximal cone. Is characterized by.

前記第1モータ、前記第2モータおよび前記第3モータの3つを備えてもよい。 Three of the first motor, the second motor, and the third motor may be provided.

また、本発明にかかる関節機構は、2つのアーム間に設けられる関節機構であって、第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な基端円錐体と、第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な中間円錐体と、第3円錐面にかかる軸で他方のアームに沿った第3軸を中心に回転可能な先端円錐体と、前記基端円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、前記中間円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、前記先端円錐体が前記第3軸を中心に回転することに基づいて伸縮する直動機構と、を備え、前記一方のアームと前記他方のアームとは基準軸まわりに相対的に回動可能に構成され、前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記基端円錐体と前記中間円錐体との間で動力伝達がなされ、前記第2円錐面と前記第3円錐面とが当接することによって、前記中間円錐体と前記基端円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする。 Further, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism provided between two arms, and is a proximal cone body that is rotatable about a first axis along one arm by an axis of the first conical surface. An intermediate cone that is rotatable about the second axis of the second conical surface, and a tip cone that is rotatable about the third axis along the other arm of the axis of the third conical surface, A first motor that rotates the proximal cone about the first axis and that is provided on the one arm; a second motor that rotates the intermediate cone about the second axis; and the tip. A linear motion mechanism that expands and contracts based on a cone rotating around the third axis, and the one arm and the other arm are configured to be relatively rotatable about a reference axis. When the first conical surface and the second conical surface are in contact with each other, power is transmitted between the proximal conical body and the intermediate conical body, and the second conical surface and the third conical surface are connected. Is abutted against each other to transmit power between the intermediate cone and the base cone.

前記直動機構は互いに螺合する雄ネジ部と雌ネジ部とを備え、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部のうち一方の回転により他方が進退してもよい。 The linear motion mechanism may include a male screw portion and a female screw portion that are screwed together, and one of the male screw portion and the female screw portion may rotate to move the other forward or backward.

前記基端円錐体、前記中間円錐体および前記先端円錐体は同径であってもよい。 The base cone, the intermediate cone and the tip cone may have the same diameter.

前記基端円錐体と前記先端円錐体とは同径であり、前記中間円錐体は、前記基端円錐体および前記先端円錐体よりも大径であってもよい。 The base cone and the tip cone may have the same diameter, and the intermediate cone may have a larger diameter than the base cone and the tip cone.

所定のタイミングで、基準姿勢における前記基端円錐体と前記中間円錐体との当接位置をずらすとともに、前記基準姿勢における前記中間円錐体と前記先端円錐体との当接位置をずらすように制御する制御部を有してもよい。 At a predetermined timing, the contact position between the base cone and the intermediate cone in the reference posture is shifted, and the contact position between the intermediate cone and the tip cone in the reference posture is shifted. You may have the control part to operate.

また、本発明にかかる関節機構は、2つのアーム間に設けられる関節機構であって、第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な第1円錐体と、第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な第2円錐体と、前記第1円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、前記第2円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、を備え、他方のアームは前記第2円錐体とともに前記第2軸を中心に回転可能に設けられ、前記第2軸に直交する第3軸に沿って延在し、前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記第1円錐体と前記第2円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする。 Further, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism provided between two arms, and is a first cone body that is rotatable about a first axis along one arm with an axis of the first cone surface. And a second conical body rotatable about a second axis on the second conical surface, and a first motor provided on the one arm for rotating the first conical body about the first axis. And a second motor for rotating the second cone about the second axis, and the other arm is provided rotatably about the second axis together with the second cone. Power transmission between the first conical body and the second conical body by extending along a third axis orthogonal to the two axes and contacting the first conical surface and the second conical surface. Is done.

前記第1軸、前記第2軸および前記第3軸は一点で交わり、前記第1軸と前記第2軸とは直交し、前記第2軸と前記第3軸とは直交してもよい。 The first axis, the second axis, and the third axis may intersect at one point, the first axis and the second axis may intersect at right angles, and the second axis and the third axis may intersect at right angles.

本発明にかかる関節機構によれば、1つの関節で2または3の自由度を実現できることから、適用されるシステムは必要とされる合計自由度を少ない関節数で構成することができて小型軽量となる。また、関節の数を抑制できることから関節間のアームの数も減らすことができて一層シンプルな構成とすることができる。関節機構は基端円錐体(例えば傘歯車)、中間円錐体および先端円錐体の間で動力伝達がなされ、または第1円錐体と第2円錐体との間で動力伝達がなされて小型軽量である。また、関節機構は、基端円錐体、中間円錐体および先端円錐体の間、または第1円錐体と第2円錐体との間で回転動力が直接的に伝達されることから伝達遅れなどがなく制御性に優れ、高精度な動作が可能である。関節機構におけるモータ類は電気配線だけで足り、ワイヤなどが不要でアームへの取り付けが容易である。 According to the joint mechanism according to the present invention, one joint can realize two or three degrees of freedom, so that the applied system can be configured with a small total number of joints, and the system can be made compact and lightweight. Becomes Further, since the number of joints can be suppressed, the number of arms between joints can be reduced, and the structure can be further simplified. In the joint mechanism, power is transmitted between the base cone (for example, a bevel gear), the intermediate cone and the tip cone, or power is transmitted between the first cone and the second cone, so that the joint mechanism is small and lightweight. is there. In addition, in the joint mechanism, since rotational power is directly transmitted between the base cone, the intermediate cone, and the tip cone, or between the first cone and the second cone, a transmission delay or the like occurs. It has excellent controllability and can operate with high precision. The motors in the joint mechanism need only electric wiring, and no wires or the like are required, so that they can be easily attached to the arm.

図1は本発明の実施形態である関節機構を備えるロボットの模式斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a robot having a joint mechanism according to an embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態にかかる関節機構およびその周辺の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the joint mechanism and its periphery according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態にかかる関節機構およびその周辺を第1方向から見た側面図である。FIG. 3 is a side view of the joint mechanism and its periphery according to the first embodiment as viewed from a first direction. 図4は、第1の実施形態にかかる関節機構およびその周辺を第2方向から見た側面図である。FIG. 4 is a side view of the joint mechanism according to the first embodiment and its periphery when viewed from a second direction. 図5は、図4におけるV〜V線視による断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. 図6は、第1の実施形態にかかる関節機構の分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of the joint mechanism according to the first embodiment. 図7は、ケース、基端筺体、基端盤および先端筺体の分解斜視図である。FIG. 7 is an exploded perspective view of the case, the base housing, the base board, and the tip housing. 図8は、先端筺体とケース半体との相対的な位置関係を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing the relative positional relationship between the tip housing and the case half. 図9は、第1の実施形態にかかる関節機構において、第1軸と第3軸とが一致する場合の動力伝達にかかる部分を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the first embodiment when the first axis and the third axis coincide with each other. 図10は、第1の実施形態にかかる関節機構において、第1軸と第3軸とが角度をなす場合の動力伝達にかかる部分を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a part related to power transmission when the first axis and the third axis form an angle in the joint mechanism according to the first embodiment. 図11は、第2の実施形態にかかる関節機構およびその周辺部の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of the joint mechanism according to the second embodiment and its peripheral portion. 図12は、第2の実施形態にかかる関節機構の一部分解斜視図である。FIG. 12 is a partially exploded perspective view of the joint mechanism according to the second embodiment. 図13は、第1変形例にかかる関節機構における動力伝達にかかる部分の側面図である。FIG. 13 is a side view of a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the first modified example. 図14は、第1変形例にかかる関節機構における動力伝達にかかる部分の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the first modified example. 図15(a)は、第2変形例にかかる関節機構における動力伝達にかかる部分のスケルトン図であり、図15(b)は、第3変形例にかかる関節機構における動力伝達にかかる部分のスケルトン図であり、図15(c)は、第4変形例にかかる関節機構における動力伝達にかかる部分のスケルトン図である。15A is a skeleton diagram of a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the second modification, and FIG. 15B is a skeleton portion of a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the third modification. FIG. 15C is a skeleton diagram of a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the fourth modification. 図16は、第5変形例にかかる関節機構において、第1軸と第3軸とが角度をなす場合の動力伝達にかかる部分を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a portion related to power transmission in the joint mechanism according to the fifth modification when the first axis and the third axis form an angle.

以下に、本発明にかかる関節機構の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a joint mechanism according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

図1は、本発明の第1の実施形態である関節機構10Aおよび第2の実施形態である10Bを備えるロボット12の模式斜視図である。ロボット12は小型軽量であり、例えばドローンなどの小型飛行体に搭載可能である。ロボット12は据え置き型としてもよい。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a robot 12 including a joint mechanism 10A that is the first embodiment of the present invention and a joint mechanism 10B that is the second embodiment. The robot 12 is small and lightweight, and can be mounted on a small flying object such as a drone. The robot 12 may be a stationary type.

ロボット12は関節機構10Aおよび10Bと、3つのアーム14a,14bおよび14cと、ロッド16とを備え、制御部18によって制御される。アーム14a,14bは筒体である。アーム14cも筒体であるが、その内側断面はロッド16の断面と同じ形であり、該ロッド16の回り止め機能と出没変位ガイド機能とを有する。アーム14aは所定の台座部に固定されている。アーム14a〜14cの長さは問われない。 The robot 12 includes joint mechanisms 10A and 10B, three arms 14a, 14b and 14c, and a rod 16, and is controlled by the control unit 18. The arms 14a and 14b are cylindrical bodies. Although the arm 14c is also a cylinder, the inner cross section thereof has the same shape as the cross section of the rod 16, and has a rotation preventing function for the rod 16 and a retractable displacement guide function. The arm 14a is fixed to a predetermined pedestal portion. The length of the arms 14a to 14c does not matter.

アーム14aとアーム14bとの間には関節機構10Aが設けられている。関節機構10Aは矢印θα,θβで示すように旋回および俯仰の2自由度の構成である。アーム14bとアーム14cとの間には関節機構10Bが設けられている。関節機構10Bは矢印θα,θβ,Zで示すように旋回、俯仰およびロッド16の伸縮の3自由度の構成である。ロッド16はアーム14cの先端から出没することにより直動機構を実現している。ロッド16の先端にはエンドエフェクタ24が設けられている。エンドエフェクタ24は、例えばカメラである。次に、第1の実施形態である関節機構10Aについて説明する。 A joint mechanism 10A is provided between the arms 14a and 14b. The joint mechanism 10A has a two-degree-of-freedom structure of turning and elevation as shown by arrows θα and θβ. A joint mechanism 10B is provided between the arms 14b and 14c. The joint mechanism 10B has a three-degree-of-freedom structure for turning, raising and lowering, and expanding and contracting the rod 16, as indicated by arrows θα, θβ, and Z. The rod 16 implements a linear motion mechanism by protruding and retracting from the tip of the arm 14c. An end effector 24 is provided at the tip of the rod 16. The end effector 24 is, for example, a camera. Next, the joint mechanism 10A according to the first embodiment will be described.

(第1の実施形態)
図2は、関節機構10Aおよびその周辺の斜視図であり、図3は、関節機構10Aおよびその周辺を第1方向から見た側面図であり、図4は、関節機構10Aおよびその周辺を第2方向から見た側面図である。ここでの第1方向と第2方向とは直交する方向である。
(First embodiment)
2 is a perspective view of the joint mechanism 10A and its periphery, FIG. 3 is a side view of the joint mechanism 10A and its periphery seen from a first direction, and FIG. 4 is a side view of the joint mechanism 10A and its periphery. It is the side view seen from 2 directions. Here, the first direction and the second direction are orthogonal to each other.

図2〜図4に示すように、関節機構10Aはケース26と、モータケース28と、センサカバー30とによって覆われている。また、関節機構10Aの一部はアーム14aおよびアーム14bにも入り込んでいる。ケース26は2つのケース半体26aおよび26bが向かい合わせに組み合わされていて、アーム14aとアーム14bとの間の部分をほぼ覆っている。ケース半体26aとケース半体26bとは略同形状である。 As shown in FIGS. 2 to 4, the joint mechanism 10A is covered with a case 26, a motor case 28, and a sensor cover 30. Further, a part of the joint mechanism 10A also enters the arms 14a and 14b. In the case 26, two case halves 26a and 26b are assembled face-to-face and substantially cover a portion between the arms 14a and 14b. The case half 26a and the case half 26b have substantially the same shape.

モータケース28は円柱形状であり側方にわずかに突出している。センサカバー30は、例えば球面を有するドーム形状であり側方にわずかに突出している。モータケース28とセンサカバー30とは反対方向に設けられている。 The motor case 28 has a cylindrical shape and slightly protrudes laterally. The sensor cover 30 has, for example, a dome shape having a spherical surface and slightly protrudes laterally. The motor case 28 and the sensor cover 30 are provided in opposite directions.

図5は、図4におけるV〜V線視による断面図である。図6は、関節機構10Aの分解斜視図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. FIG. 6 is an exploded perspective view of the joint mechanism 10A.

図5および図6に示すように、関節機構10Aは、概ね基端機構32と、中間機構34と、先端機構36とに区分される。これらの基端機構32、中間機構34および先端機構36は理解を容易にするための便宜的な区分けである。なお図示の都合上、中間機構34は上下に分けて示している。関節機構10Aについてはアーム14aの方向を基端側、アーム14bの方向を先端側とする。ただし、後述するように「先端」および「基端」という名称は便宜的なものである。 As shown in FIGS. 5 and 6, the joint mechanism 10A is roughly divided into a proximal end mechanism 32, an intermediate mechanism 34, and a distal end mechanism 36. The proximal end mechanism 32, the intermediate mechanism 34, and the distal end mechanism 36 are convenient divisions for easy understanding. For convenience of illustration, the intermediate mechanism 34 is shown separately in the upper and lower parts. Regarding the joint mechanism 10A, the direction of the arm 14a is the proximal end side, and the direction of the arm 14b is the distal end side. However, as will be described later, the names "tip" and "base" are for convenience.

基端機構32は、基端モータ(第1モータ)38と、基端ギヤヘッド40と、基端筺体42と、基端盤44と、基端歯車体46とを備える。基端機構32におけるこれらの各部材はアーム14aの中心である軸J1(第1軸)と同軸上に設けられている。基端歯車体46は基端傘歯車(基端円錐体)50と、一対の軸受ポスト52とを備える。基端傘歯車50の歯面傾斜は先端側に向かって縮径する向きである。一対の軸受ポスト52は基端傘歯車50の先端面からさらに先端に向かって突出している。 The base end mechanism 32 includes a base end motor (first motor) 38, a base end gear head 40, a base end housing 42, a base end plate 44, and a base end gear body 46. Each of these members of the base end mechanism 32 is provided coaxially with the axis J1 (first axis) that is the center of the arm 14a. The base gear body 46 includes a base bevel gear (base cone) 50 and a pair of bearing posts 52. The tooth flank inclination of the base end bevel gear 50 is such that the diameter is reduced toward the tip end side. The pair of bearing posts 52 further protrude from the tip end surface of the base bevel gear 50 toward the tip.

軸J1はアーム14aの延在方向に沿った軸になっているが、アーム14aの中心軸と厳密に一致している必要はない。後述する軸J3はアーム14bの延在方向に沿った軸になっているが、アーム14bの中心軸と厳密に一致している必要はない。なお、軸J1は中心線として図示しているように実体のない基準線であり、実体のある基準軸60のようなものではなく、機構的な1つの自由度を示すものではない。後述する軸J2および軸J3も同様である。 The axis J1 is an axis along the extending direction of the arm 14a, but it does not need to be exactly coincident with the central axis of the arm 14a. The axis J3 described later is an axis along the extending direction of the arm 14b, but it does not have to be exactly coincident with the central axis of the arm 14b. It should be noted that the axis J1 is a solid reference line as shown as the center line, is not like the solid reference axis 60, and does not show one mechanical degree of freedom. The same applies to axes J2 and J3 described later.

基端盤44の先端面は基端歯車体46に固定されている。基端盤44は周面に環状溝44aを有する。基端モータ38は基端ギヤヘッド40を介して基端盤44および基端歯車体46を軸J1回りに回転させる。基端モータ38には角度センサ(例えばロータリエンコーダ。以下同様である。)が内蔵されており、基端傘歯車50の回転角度を検出可能である。基端ギヤヘッド40は基端モータ38の回転を減速して基端歯車体46を回転させる。基端筺体42は、軸孔以外の先端面が塞がれた有底筒形状であり、周面には環状溝42aが設けられている。基端筺体42は、環状溝42aよりも基端側がアーム14aの内部に収納され、環状溝42aよりも先端側がケース26によって覆われる。基端モータ38および基端ギヤヘッド40は基端筺体42の内部に収容および固定されている。基端筺体42はアーム14aに固定されている。 The tip end surface of the base end plate 44 is fixed to the base end gear body 46. The base plate 44 has an annular groove 44a on its peripheral surface. The base end motor 38 rotates the base end plate 44 and the base end gear body 46 around the axis J1 via the base end gear head 40. An angle sensor (for example, a rotary encoder; the same applies hereinafter) is built in the base end motor 38, and the rotation angle of the base end bevel gear 50 can be detected. The base gear head 40 decelerates the rotation of the base motor 38 to rotate the base gear body 46. The base housing 42 has a bottomed cylindrical shape in which the tip surface other than the shaft hole is closed, and an annular groove 42a is provided on the peripheral surface. The proximal housing 42 is housed inside the arm 14a on the proximal side of the annular groove 42a, and is covered by the case 26 on the distal side of the annular groove 42a. The base motor 38 and the base gear head 40 are housed and fixed inside a base housing 42. The base housing 42 is fixed to the arm 14a.

中間機構34は、基端機構32と先端機構36との中継部であり、中間モータ(第2モータ)54と、中間盤56と、中間傘歯車(中間円錐体)58と、基準軸60と、プレート62と、角度センサ64と、回路基板66とを備える。中間機構34におけるこれらの各部材は軸J2(第2軸)と同軸上に設けられている。軸J2は軸J1と直交し、かつ一対の軸受ポスト52および78の軸受孔を通る。アーム14aとアーム14bとは基準軸60まわりに相対的に回動可能である。 The intermediate mechanism 34 is a relay portion between the base end mechanism 32 and the tip end mechanism 36, and includes an intermediate motor (second motor) 54, an intermediate plate 56, an intermediate bevel gear (intermediate conical body) 58, and a reference shaft 60. , A plate 62, an angle sensor 64, and a circuit board 66. Each of these members in the intermediate mechanism 34 is provided coaxially with the axis J2 (second axis). The axis J2 is orthogonal to the axis J1 and passes through the bearing holes of the pair of bearing posts 52 and 78. The arm 14a and the arm 14b are relatively rotatable around the reference shaft 60.

中間モータ54、中間盤56および中間傘歯車58は、図5および図6で軸J1および軸J3よりも上側に設けられ、プレート62、角度センサ64および回路基板66は軸J1および軸J3よりも下側に設けられている。 The intermediate motor 54, the intermediate disk 56, and the intermediate bevel gear 58 are provided above the shaft J1 and the shaft J3 in FIGS. 5 and 6, and the plate 62, the angle sensor 64, and the circuit board 66 are located above the shaft J1 and the shaft J3. It is provided on the lower side.

中間傘歯車58の歯面傾斜は軸J1および軸J3に近づくに従って縮径する向きである。中間盤56の端面は中間傘歯車58に固定されている。中間モータ54は中間盤56および中間傘歯車58を軸J2回りに回転させる。中間モータ54は減速機構を内蔵している。中間モータ54は、大出力型であれば減速機構を介さずに中間傘歯車58を回転させてもよい。中間モータ54はモータケース28内に収容および固定されており、回転軸だけが突出して中間盤56に接続されている。モータケース28は有底筒体の本体と、外側に設けられた蓋28aとにより中間モータ54を覆っている。 The inclination of the tooth flank of the intermediate bevel gear 58 is such that the diameter decreases as it approaches the axis J1 and the axis J3. The end face of the intermediate plate 56 is fixed to the intermediate bevel gear 58. The intermediate motor 54 rotates the intermediate plate 56 and the intermediate bevel gear 58 around the axis J2. The intermediate motor 54 has a speed reduction mechanism built therein. The intermediate motor 54 may rotate the intermediate bevel gear 58 without a reduction mechanism as long as it is of a large output type. The intermediate motor 54 is housed and fixed in the motor case 28, and only the rotating shaft projects and is connected to the intermediate plate 56. The motor case 28 covers the intermediate motor 54 with a main body of a bottomed cylinder and a lid 28a provided on the outside.

基準軸60は一対の軸受ポスト52で軸支されており、上方の中間傘歯車58と下方の角度センサ64とを回転不能に接続している。軸受ポスト52と角度センサ64との間にはプレート62が介在している。回路基板66には角度センサ64にかかる電気回路が形成されている。角度センサ64および回路基板66は外側をセンサカバー30で覆われている。 The reference shaft 60 is rotatably supported by a pair of bearing posts 52, and non-rotatably connects the upper intermediate bevel gear 58 and the lower angle sensor 64. A plate 62 is interposed between the bearing post 52 and the angle sensor 64. An electric circuit for the angle sensor 64 is formed on the circuit board 66. The angle sensor 64 and the circuit board 66 are covered with the sensor cover 30 on the outside.

先端機構36は、先端モータ(第3モータ)68と、先端ギヤヘッド70と、Oリング72と、先端筺体74と、先端傘歯車(先端円錐体)76と、軸受ポスト78とを備える。先端機構36におけるこれらの各部材はアーム14bの中心である軸J3(第3軸)と同軸上に設けられている。軸J3と軸J2とは直交する。軸J1と軸J3とのなす角度θβ(図10参照)は可変である。 The tip mechanism 36 includes a tip motor (third motor) 68, a tip gear head 70, an O-ring 72, a tip housing 74, a tip bevel gear (tip cone) 76, and a bearing post 78. Each of these members in the tip mechanism 36 is provided coaxially with the axis J3 (third axis) that is the center of the arm 14b. The axis J3 and the axis J2 are orthogonal to each other. The angle θβ formed by the axis J1 and the axis J3 (see FIG. 10) is variable.

先端傘歯車76の歯面傾斜は基端側に向かって縮径する向きである。先端傘歯車76の基端側面に軸受ポスト78が固定されている。軸受ポスト78は基端側に向かって突出しており、一対の軸受ポスト52の間に介在して基準軸60を軸支している。 The tooth flank inclination of the tip bevel gear 76 is such that the diameter is reduced toward the base end side. A bearing post 78 is fixed to the base end side surface of the tip bevel gear 76. The bearing post 78 projects toward the base end side, and is interposed between the pair of bearing posts 52 to pivotally support the reference shaft 60.

先端傘歯車76の基端面は軸受ポスト78の先端面に固定されている。先端モータ68は先端ギヤヘッド70を介して先端傘歯車76を軸J3回りに回転させる。また後述するように基端モータ38、中間モータ54および先端モータ68のうちいずれか1つは省略してもよい。先端モータ68には角度センサが内蔵されており、先端傘歯車76の回転角度を検出可能である。 The base end surface of the tip bevel gear 76 is fixed to the tip surface of the bearing post 78. The tip motor 68 rotates the tip bevel gear 76 about the axis J3 via the tip gear head 70. Further, as will be described later, any one of the base end motor 38, the intermediate motor 54 and the tip end motor 68 may be omitted. The tip motor 68 has a built-in angle sensor and can detect the rotation angle of the tip bevel gear 76.

先端ギヤヘッド70は先端モータ68の回転を減速して先端傘歯車76を回転させる。先端筺体74は、軸孔以外の基端側面が塞がれた有底筒形状であり、周面には環状溝74aが設けられている。また、先端筺体74は、基端部に短筒部74bと、該短筒部74bの基端に短い接続部74dを介して設けられた円弧板74cとを有する。環状溝74aは短筒部74bと隣接して設けられている。先端筺体74は、環状溝74aよりも先端側がアーム14bの内部に収容される。先端モータ68および先端ギヤヘッド70は先端筺体74の内部に収容および固定されている。Oリング72は環状溝74aに嵌めこまれアーム14bの内周面から押圧されて弾性変形し、シール作用を奏する。先端筺体74はアーム14bに固定されている。 The tip gear head 70 decelerates the rotation of the tip motor 68 to rotate the tip bevel gear 76. The tip housing 74 has a bottomed cylindrical shape in which the base end side surface other than the shaft hole is closed, and an annular groove 74a is provided on the peripheral surface. Further, the tip housing 74 has a short cylinder portion 74b at the base end portion, and an arc plate 74c provided at the base end of the short cylinder portion 74b via a short connecting portion 74d. The annular groove 74a is provided adjacent to the short tubular portion 74b. The tip housing 74 is housed inside the arm 14b on the tip side of the annular groove 74a. The tip motor 68 and the tip gear head 70 are housed and fixed inside the tip housing 74. The O-ring 72 is fitted in the annular groove 74a and pressed by the inner peripheral surface of the arm 14b to be elastically deformed, and has a sealing action. The tip housing 74 is fixed to the arm 14b.

図7は、ケース26、基端筺体42、基端盤44および先端筺体74の分解斜視図である。図8は、先端筺体74とケース半体26aとの相対的な位置関係を示す斜視図である。 FIG. 7 is an exploded perspective view of the case 26, the base housing 42, the base board 44, and the front housing 74. FIG. 8 is a perspective view showing a relative positional relationship between the tip housing 74 and the case half body 26a.

図7に示すように、ケース26のケース半体26aは、軸J2を中心とする筒体80と、該筒体80の側方を略覆う側板82と、筒体80から軸J1方向に沿って基端側に突出する半筒84とを有する。半筒84の内周面には2つの半環状突起84aおよび84bが設けられている。半環状突起84aは筒体80に近い位置に設けられており、半環状突起84bは基端部に設けられている。 As shown in FIG. 7, the case half 26a of the case 26 includes a tubular body 80 centered on the axis J2, a side plate 82 that substantially covers the lateral side of the tubular body 80, and a direction along the axis J1 direction from the tubular body 80. And a half cylinder 84 protruding toward the base end side. Two semi-annular protrusions 84 a and 84 b are provided on the inner peripheral surface of the half cylinder 84. The semi-annular protrusion 84a is provided at a position close to the tubular body 80, and the semi-annular protrusion 84b is provided at the base end portion.

上記の通りケース半体26aとケース半体26bとは略同形状であって、相互に組み合わされることによって、一対の筒体80は間にスリット85(図2、図3参照)を形成する。このスリット85の幅は先端筺体74の接続部74dの幅にほぼ等しい。また、一対の半筒84は1つの筒を形成し、さらに一対の半環状突起84aおよび一対の半環状突起84bは連続する内向きの環状突起を形成する。一対の半環状突起84aが環状溝44aに嵌まり込むことによって、基端盤44が位置決めされる。一対の半環状突起84bは環状溝42aに嵌まり込むことによって基端筺体42に対して位置決めされるとともに摺動可能であり、組み合わされた一対の半筒84は軸J1回りに回転可能である。 As described above, the case halves 26a and the case halves 26b have substantially the same shape, and by being combined with each other, the pair of cylindrical bodies 80 form the slit 85 (see FIGS. 2 and 3) therebetween. The width of the slit 85 is substantially equal to the width of the connecting portion 74d of the tip housing 74. Further, the pair of half cylinders 84 forms one cylinder, and the pair of semi-annular projections 84a and the pair of semi-annular projections 84b form continuous inward annular projections. The base plate 44 is positioned by fitting the pair of semi-annular projections 84a into the annular groove 44a. The pair of semi-annular projections 84b are fitted into the annular groove 42a to be positioned and slidable with respect to the proximal housing 42, and the pair of semi-cylindrical 84 combined is rotatable about the axis J1. ..

図8に示すように、先端筺体74の円弧板74cは軸J2と平行に延在しており、基端側が平面で先端側が円弧面74caを形成している。円弧面74caは先端側に向けて凸形状である。短筒部74bの基端側は円弧面74caと対向する円弧面74baを形成している。円弧面74baは凹形状である。円弧面74baと円弧面74caとは隙間74eを形成している。隙間74eは接続部74dを中心として両側に設けられている。隙間74eの幅は筒体80の厚みにほぼ等しい。 As shown in FIG. 8, the circular arc plate 74c of the distal housing 74 extends parallel to the axis J2, and the proximal end side forms a flat surface and the distal end side forms an arcuate surface 74ca. The arc surface 74ca has a convex shape toward the tip side. An arc surface 74ba facing the arc surface 74ca is formed on the base end side of the short tubular portion 74b. The arc surface 74ba has a concave shape. The arcuate surface 74ba and the arcuate surface 74ca form a gap 74e. The gap 74e is provided on both sides of the connecting portion 74d as a center. The width of the gap 74e is substantially equal to the thickness of the tubular body 80.

ケース半体26aは筒体80の一部が一方の隙間74eに嵌まり込むことにより軸J2を中心として摺動可能になる。ケース半体26bについても同様である。接続部74dは一対の筒体80の間に形成されるスリット85(図2、図3参照)に挟持されて安定する。 The case half 26a becomes slidable around the axis J2 by fitting a part of the tubular body 80 into the one gap 74e. The same applies to the case half 26b. The connection portion 74d is sandwiched by a slit 85 (see FIGS. 2 and 3) formed between the pair of cylindrical bodies 80 and is stabilized.

図9に示すように、軸J1と軸J2とは直交し、軸J2と軸J3とは直交する。軸J1と軸J2と軸J3とは関節中心Oの一点で交わる。本願では図9のように軸J1と軸J3とが一致した状態を基準姿勢とする。 As shown in FIG. 9, the axis J1 and the axis J2 are orthogonal to each other, and the axis J2 and the axis J3 are orthogonal to each other. The axis J1, the axis J2, and the axis J3 intersect at one point of the joint center O. In the present application, a state in which the axis J1 and the axis J3 coincide with each other as shown in FIG.

基端傘歯車50の歯は軸J1を基準とした円錐面に沿って形成されている。中間傘歯車58の歯は軸J2を基準とした円錐面に沿って形成されている。先端傘歯車76の歯は軸J3を基準とした円錐面に沿って形成されている。3つの基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は同形状である。したがって、径(例えば基準円直径。以下同様である。)、歯数およびモジュールが一致している。基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は同一形状であることから、関節中心Oの回りで無駄なくコンパクトに配置可能となっている。 The teeth of the base bevel gear 50 are formed along a conical surface with the axis J1 as a reference. The teeth of the intermediate bevel gear 58 are formed along a conical surface with the axis J2 as a reference. The teeth of the tip bevel gear 76 are formed along a conical surface with the axis J3 as a reference. The three base-end bevel gears 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 have the same shape. Therefore, the diameter (for example, the reference circle diameter, the same applies hereinafter), the number of teeth, and the modules are the same. Since the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 have the same shape, they can be arranged compactly around the joint center O without waste.

基端傘歯車50と中間傘歯車58とが噛合し、中間傘歯車58と先端傘歯車76とが噛合している。図9では、基端傘歯車50と中間傘歯車58とは破線枠で示す噛合部86で噛合しており、中間傘歯車58と先端傘歯車76とは噛合部88で噛合している。 The base bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58 mesh with each other, and the intermediate bevel gear 58 and the tip bevel gear 76 mesh with each other. In FIG. 9, the base bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58 mesh with each other at a meshing portion 86 shown by a broken line frame, and the intermediate bevel gear 58 and the tip bevel gear 76 mesh with each other at a meshing portion 88.

ここでの説明では基端モータ38が設けられている側を基端側(つまりアーム14a側)とし、先端モータ68が設けられている側を先端側(つまりアーム14b側)としているが、図9から明らかなように、関節機構10Aは先端側と基端側とを逆にしても適用可能である。すなわち、関節機構10Aにおける「先端」および「基端」という名称は、方向を特定する便宜上のものである。関節機構10Bについても同様である。 In the description here, the side on which the base motor 38 is provided is the base side (that is, the arm 14a side), and the side on which the tip motor 68 is provided is the tip side (that is, the arm 14b side). As is clear from FIG. 9, the joint mechanism 10A can be applied even if the front end side and the base end side are reversed. That is, the names “tip” and “base” in the joint mechanism 10A are for convenience of specifying the direction. The same applies to the joint mechanism 10B.

関節機構10Aは基準姿勢から動作を開始する場合、動作形態にもよるが、噛合部86,88の近くの歯が多用される傾向があり負担が大きい。そこで、関節機構10Aでは、制御部18の作用下に、動作に影響の少ない所定のタイミング(起動時毎、定時間毎または通常動作に含まれるタイミングなど)で噛合部86,88の歯をずらす処理を行っている。例えば、基端モータ38により基端傘歯車50を所定方向に90°回転させるとともに中間モータ54により中間傘歯車58を所定方向に90°回転させると破線枠90および破線枠92の部分が新たな噛合部88となる。また、先端モータ68により先端傘歯車76を所定方向に90°回転させると、中間傘歯車58および先端傘歯車76のそれぞれ図9の紙面奥方向の歯の一部が新たな噛合部88となる。このとき基端モータ38、中間モータ54および先端モータ68の相対的な位置は変わらず、アーム14aとアーム14bとの相対位置も変わらず基準姿勢が維持される。噛合部86,88の歯をずらす処理で各傘歯車の回転角度は90°に限らず、例えば1歯ずつずらしてもよい。 When the joint mechanism 10A starts to operate from the reference posture, the teeth near the meshing portions 86 and 88 tend to be used frequently, which is a heavy burden, although it depends on the operation mode. Therefore, in the joint mechanism 10A, under the action of the control unit 18, the teeth of the meshing portions 86 and 88 are shifted at a predetermined timing (every time at startup, every fixed time period, or timing included in normal operation) that has little influence on the operation. It is processing. For example, when the base end motor 38 rotates the base end bevel gear 50 by 90° in the predetermined direction and the intermediate motor 54 rotates the intermediate bevel gear 58 by 90° in the predetermined direction, the broken line frame 90 and the broken line frame 92 are newly added. It becomes the meshing portion 88. When the tip motor 68 rotates the tip bevel gear 76 by 90° in a predetermined direction, some of the teeth of the intermediate bevel gear 58 and the tip bevel gear 76 in the depth direction of the paper in FIG. 9 become new meshing portions 88. .. At this time, the relative positions of the base motor 38, the intermediate motor 54, and the tip motor 68 do not change, and the relative positions of the arms 14a and 14b do not change and the reference posture is maintained. In the process of shifting the teeth of the meshing portions 86 and 88, the rotation angle of each bevel gear is not limited to 90°, but may be shifted by one tooth, for example.

このようにして、関節機構10Aでは所定の歯だけが偏って多用されることを防止し、基端傘歯車50、中間傘歯車58、先端傘歯車76の信頼性が高められ高寿命となる。基端傘歯車50、中間傘歯車58、先端傘歯車76は歯の負担が低減されることから、これらを樹脂製としてもよい。 In this way, in the joint mechanism 10A, it is possible to prevent only certain teeth from being biased and used excessively, and the reliability of the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 is enhanced, and the life is extended. Since the tooth load of the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 is reduced, these may be made of resin.

図10に示すように、アーム14bは軸J2の回りで回転する俯仰動作が可能となっている。図10では俯仰動作を軸J1と軸J3とのなす角度θβで示す。俯仰動作では、中間モータ54が中間傘歯車58を回転させれば、噛合部88(図9参照)の噛合が維持されたまま先端傘歯車76およびアーム14bが軸J2を中心として回転変位する。なお、中間傘歯車58の回転は基端傘歯車50にも伝達されるため、基端傘歯車50が停止していれば中間傘歯車58は軸J1を中心として回転する。つまり、アーム14bは中間傘歯車58とともに軸J1を中心として角度θαで示す旋回動作をする。 As shown in FIG. 10, the arm 14b is capable of elevation motion by rotating around the axis J2. In FIG. 10, the elevation motion is indicated by an angle θβ formed by the axis J1 and the axis J3. In the elevation motion, when the intermediate motor 54 rotates the intermediate bevel gear 58, the tip bevel gear 76 and the arm 14b are rotationally displaced about the axis J2 while the meshing of the meshing portion 88 (see FIG. 9) is maintained. Since the rotation of the intermediate bevel gear 58 is also transmitted to the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58 rotates about the axis J1 when the base bevel gear 50 is stopped. In other words, the arm 14b turns with the intermediate bevel gear 58 about the axis J1 by the angle θα.

旋回動作を行わずに俯仰動作だけを行う場合には、中間傘歯車58の回転を相殺するように基端傘歯車50を基端モータ38で回転させればよい。俯仰動作を行わずに旋回動作だけを行う場合には、中間傘歯車58を停止させたまま基端傘歯車50だけを回転させれば、アーム14bが軸J1を中心として回転変位する。旋回動作と俯仰動作とを同時に行う場合には基端傘歯車50と中間傘歯車58とを協働的に回転させればよい。 When only the elevation motion is performed without performing the turning motion, the base bevel gear 50 may be rotated by the base motor 38 so as to cancel the rotation of the intermediate bevel gear 58. When only the turning motion is performed without performing the elevation motion, if only the base bevel gear 50 is rotated while the intermediate bevel gear 58 is stopped, the arm 14b is rotationally displaced about the axis J1. When the turning motion and the elevation motion are performed simultaneously, the base bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58 may be cooperatively rotated.

角度θβで示す俯仰動作は、先端傘歯車76が中間傘歯車58との噛合状態を保ったまま軸J2を中心として回転する。この場合、先端傘歯車76は基端傘歯車50に当接するまで回転変位可能であることから、角度θβの動作範囲は軸J1を基準として±90°である。なお、角度θαについてはエンドレス回転が可能である。 In the elevation motion indicated by the angle θβ, the tip bevel gear 76 rotates about the axis J2 while keeping the mesh state with the intermediate bevel gear 58. In this case, since the tip bevel gear 76 can be rotationally displaced until it comes into contact with the base bevel gear 50, the operating range of the angle θβ is ±90° with reference to the axis J1. The angle θα can be rotated endlessly.

このように旋回動作および俯仰動作は、基本的には基端モータ38および中間モータ54の2つだけで実現可能であるが、このうちいずれか一方は先端モータ68によって代替可能である。 As described above, basically, the turning motion and the elevation motion can be realized only by the two of the base end motor 38 and the intermediate motor 54, but either one of them can be replaced by the tip end motor 68.

すなわち、中間モータ54を先端モータ68で代替する場合は、先端モータ68によって先端傘歯車76を回転させれば俯仰動作が実現できる。旋回動作については上記のとおり基端モータ38で基端傘歯車50を回転させれば実現できる。 That is, when the tip end motor 68 replaces the intermediate motor 54, the tip end motor 68 causes the tip end bevel gear 76 to rotate, whereby the elevation motion can be realized. The turning operation can be realized by rotating the base bevel gear 50 by the base motor 38 as described above.

また、基端モータ38を先端モータ68で代替する場合は、直前に述べたように先端モータ68によって先端傘歯車76を回転させれば俯仰動作が実現できる。旋回動作については、中間モータ54によって中間傘歯車58を回転させれば、基端傘歯車50は停止しているので、中間傘歯車58はアーム14bとともに軸J1を中心として角度θαで回転する。なお、中間傘歯車58は先端傘歯車76とも噛合しているため、先端傘歯車76が停止していればアーム14bは軸J2を中心として俯仰動作も行うが、俯仰動作を行わずに旋回動作だけを行う場合には、中間傘歯車58の回転を相殺するように先端傘歯車76を先端モータ68で回転させればよい。 Further, when the tip end motor 68 replaces the base end motor 38, the elevation motion can be realized by rotating the tip bevel gear 76 by the tip motor 68 as described immediately above. Regarding the turning operation, if the intermediate bevel gear 58 is rotated by the intermediate motor 54, the base bevel gear 50 is stopped, so that the intermediate bevel gear 58 rotates with the arm 14b about the axis J1 at an angle θα. Since the intermediate bevel gear 58 is also meshed with the tip bevel gear 76, if the tip bevel gear 76 is stopped, the arm 14b also performs the elevation motion about the axis J2, but the pivot motion does not occur. In the case of performing only the above, the tip bevel gear 76 may be rotated by the tip motor 68 so as to cancel the rotation of the intermediate bevel gear 58.

このように、関節機構10Aでは、基端モータ38、中間モータ54および先端モータ68のうちいずれか2つだけで旋回動作と俯仰動作とを実現可能であることから、いずれか1つが故障した場合にも残る2つのモータで稼働継続することができる。また、3つのモータのうち1つを定期的に停止させるローテーション運転を行うことにより負担を軽減させることができる。さらに、基端モータ38、中間モータ54および先端モータ68の3つを全て用い、協働的に旋回動作および俯仰動作を実現させてもよい。 As described above, in the joint mechanism 10A, since only two of the proximal end motor 38, the intermediate motor 54, and the distal end motor 68 can realize the turning motion and the elevation motion, if any one of them fails. The remaining two motors can continue to operate. Further, the load can be reduced by performing the rotation operation in which one of the three motors is regularly stopped. Further, all of the base end motor 38, the intermediate motor 54, and the tip end motor 68 may be used to cooperatively realize the turning motion and the elevation motion.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態である関節機構10Bについて説明する。関節機構10Bにおいて関節機構10Aと同様の箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, the joint mechanism 10B according to the second embodiment will be described. In the joint mechanism 10B, the same parts as those in the joint mechanism 10A are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図11は、関節機構10Bおよびその周辺部の斜視図であり、図12は、関節機構10Bの一部分解斜視図である。なお、図11および図12では、関節機構10Bの内部機構を視認可能なようにケース26および先端筺体74を省略している。 11 is a perspective view of the joint mechanism 10B and its peripheral portion, and FIG. 12 is a partially exploded perspective view of the joint mechanism 10B. In FIGS. 11 and 12, the case 26 and the tip housing 74 are omitted so that the internal mechanism of the joint mechanism 10B can be visually recognized.

関節機構10Bの説明では、アーム14bの方向を基端側、アーム14cの方向を先端側とする。また、アーム14bおよび基端モータ38の中心を軸J1とし、中間モータ54および基準軸60の中心を軸J2とし、アーム14cおよびロッド16の中心を軸J3とする。さらに、アーム14cについて軸J1回りの回転を旋回動作、軸J2回りの回転を俯仰動作とする。上述したように、関節機構10Bは矢印θα,θβ,Zで示すように旋回、俯仰およびロッド16の伸縮の3自由度の構成である。 In the description of the joint mechanism 10B, the direction of the arm 14b is the proximal end side, and the direction of the arm 14c is the distal end side. Further, the center of the arm 14b and the base end motor 38 is the axis J1, the center of the intermediate motor 54 and the reference shaft 60 is the axis J2, and the center of the arm 14c and the rod 16 is the axis J3. Further, the rotation of the arm 14c about the axis J1 is referred to as a turning operation, and the rotation about the axis J2 is referred to as a elevation operation. As described above, the joint mechanism 10B has a three-degree-of-freedom structure for turning, raising and lowering, and expanding and contracting the rod 16 as shown by arrows θα, θβ, and Z.

関節機構10Bでは、上述の関節機構10Aにおける基端機構32(図6参照)および中間機構34(図6参照)については同様の構成となっている。関節機構10Bでは、関節機構10Aにおける先端機構36の構成部品のうちOリング72、先端筺体74、先端傘歯車76および軸受ポスト78が設けられており、先端モータ68および先端ギヤヘッド70は省略されている。 In the joint mechanism 10B, the base end mechanism 32 (see FIG. 6) and the intermediate mechanism 34 (see FIG. 6) in the joint mechanism 10A described above have the same configuration. In the joint mechanism 10B, an O-ring 72, a tip housing 74, a tip bevel gear 76, and a bearing post 78 are provided among the components of the tip mechanism 36 in the joint mechanism 10A, and the tip motor 68 and the tip gear head 70 are omitted. There is.

図11に示すように、関節機構10Bには直動機構93が設けられている。直動機構93は、ロッド16をアーム14cから出没させることによりZ方向に進退させる機構である。Z方向は軸J3の方向と一致している。 As shown in FIG. 11, the joint mechanism 10B is provided with a linear motion mechanism 93. The linear motion mechanism 93 is a mechanism that moves the rod 16 in and out of the arm 14c to move the rod 16 back and forth in the Z direction. The Z direction coincides with the direction of the axis J3.

図12に示すように、直動機構93はスクリュー(雄ネジ部)94とロッド(雌ネジ部)16とを有する。アーム14cも直動機構93の一部となっている。スクリュー94およびロッド16は、例えばアーム14cとほぼ同じ長さである。スクリュー94は長尺なネジ部材であり、基端側が固定具96によって先端傘歯車76の先端側面に固定されている。スクリュー94は軸J3に沿って延在している。 As shown in FIG. 12, the linear motion mechanism 93 has a screw (male screw portion) 94 and a rod (female screw portion) 16. The arm 14c is also a part of the linear motion mechanism 93. The screw 94 and the rod 16 have substantially the same length as the arm 14c, for example. The screw 94 is a long screw member, and the base end side is fixed to the tip side surface of the tip bevel gear 76 by a fixing tool 96. The screw 94 extends along the axis J3.

ロッド16は内面に雌ネジが形成された長尺部材であり、円筒面と上下一対の平面16aとを有する。平面16aは軸J3の方向に沿ってロッド16の全長にわたって形成されている。ロッド16はスクリュー94に螺合している。 The rod 16 is a long member having an internal thread formed on its inner surface, and has a cylindrical surface and a pair of upper and lower flat surfaces 16a. The flat surface 16a is formed over the entire length of the rod 16 along the direction of the axis J3. The rod 16 is screwed onto the screw 94.

アーム14cの内面には上下一対の平面14acが設けられている。平面14acは軸J3の方向に沿ってアーム14cの全長にわたって形成されている。アーム14cの内部にはロッド16が嵌合され、一対の平面16aと一対の平面14acとが当接する。これによりロッド16は軸J3まわりに回転することが規制されるとともに、軸J3方向へのスムーズな変位が可能になる。アーム14cの端部は先端筺体74(図6参照)の一部に固定されている。 A pair of upper and lower flat surfaces 14ac are provided on the inner surface of the arm 14c. The plane 14ac is formed over the entire length of the arm 14c along the direction of the axis J3. The rod 16 is fitted inside the arm 14c, and the pair of flat surfaces 16a and the pair of flat surfaces 14ac contact each other. This restricts the rod 16 from rotating around the axis J3 and enables smooth displacement in the direction of the axis J3. The end portion of the arm 14c is fixed to a part of the tip housing 74 (see FIG. 6).

このような関節機構10Bでは、上記の関節機構10Aと同様に基端モータ38による基端傘歯車50の回転と、中間モータ54による中間傘歯車58との回転によりアーム14cの旋回動作および俯仰動作を実現することができる。すなわち旋回の角度θαを自由に設定可能であり、俯仰の角度θβについては±90°の範囲で自由に設定可能である。 In such a joint mechanism 10B, similar to the joint mechanism 10A described above, the rotation of the base bevel gear 50 by the base motor 38 and the rotation of the intermediate bevel gear 58 by the intermediate motor 54 cause the arm 14c to pivot and lift. Can be realized. That is, the turning angle θα can be freely set, and the elevation angle θβ can be freely set within a range of ±90°.

一方、任意の姿勢において基端傘歯車50および中間傘歯車58をそれぞれ所定の方向に同角度だけ回転させると、角度θαおよび角度θβを維持したまま先端傘歯車76を回転させることが可能である。そうすると、スクリュー94は先端傘歯車76と一体的に軸J3回りに回転することから、スクリュー94に螺合しているロッド16は軸J3に沿って進退する。このようにして直動機構93の直動動作が実現される。角度θα、角度θβおよび変位Zのうち2以上を同時に動作させてもよいことは勿論である。直動機構93ではロッド16に相当する雌ネジ部を回転させ、スクリュー94に相当する雄ネジ部を進退させる構成にしてもよい。つまり、直動機構93は互いに螺合する雄ネジ部と雌ネジ部とから構成され、一方の回転により他方が進退する構成である。 On the other hand, when the base bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58 are respectively rotated in the predetermined directions by the same angle in any posture, the tip bevel gear 76 can be rotated while maintaining the angles θα and θβ. .. Then, the screw 94 rotates integrally with the tip bevel gear 76 around the axis J3, so that the rod 16 screwed into the screw 94 advances and retreats along the axis J3. In this way, the linear motion of the linear motion mechanism 93 is realized. Of course, two or more of the angle θα, the angle θβ, and the displacement Z may be simultaneously operated. In the linear motion mechanism 93, a female screw portion corresponding to the rod 16 may be rotated and a male screw portion corresponding to the screw 94 may be advanced and retracted. That is, the linear motion mechanism 93 is composed of a male screw portion and a female screw portion that are screwed together, and the rotation of one moves the other forward or backward.

上述した関節機構10A,10Bによれば、1つの関節で2または3の自由度を実現できることから、適用されるロボット12は必要とされる合計自由度を少ない関節数で構成することができて小型軽量となる。また、関節の数を抑制できることから関節間のアームの数も減らすことができて一層シンプルな構成とすることができる。 According to the joint mechanisms 10A and 10B described above, one joint can realize two or three degrees of freedom, and therefore the applicable robot 12 can be configured with a small total number of joints. It is small and lightweight. Further, since the number of joints can be suppressed, the number of arms between joints can be reduced, and the structure can be further simplified.

関節機構10A,10Bは、基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76の間で回転動力が直接的に伝達されることから伝達遅れなどがなく制御性に優れ、高精度な動作が可能である。関節機構10A,10Bにおけるモータ類は電気配線だけで足り、ワイヤなどが不要でアーム14a〜14cへの取り付けが容易である。関節機構10A,10Bは構造が簡易で低コストである。関節機構10A,10BはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることにより、一層の小型化が可能となる。 The joint mechanisms 10A and 10B have excellent controllability and high-precision operation without transmission delay because the rotational power is directly transmitted between the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76. Is possible. The motors in the joint mechanisms 10A and 10B need only electric wiring, and no wires or the like are required, so that they can be easily attached to the arms 14a to 14c. The joint mechanisms 10A and 10B have a simple structure and low cost. By using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) for the joint mechanisms 10A and 10B, it is possible to further reduce the size.

なお、基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は傘歯車であることから、それぞれ円錐面に沿って歯が形成されているが、広義には円錐面同士が当接することによって動力伝達がなされていると言える。例えば、歯が形成されていない円錐状の摩擦板であっても同様の動力伝達が可能であるためである。したがって、本願における基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は円錐体(円錐台を含む。以下同様である。)の一例と言うことができる。 Since the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 are bevel gears, teeth are formed along the respective conical surfaces, but in a broad sense, the conical surfaces abut each other. It can be said that power is being transmitted. This is because, for example, the same power transmission is possible even with a conical friction plate having no teeth. Therefore, it can be said that the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 in the present application are examples of a conical body (including a truncated cone; the same applies hereinafter).

また、基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は、必ずしも全周に歯が形成されている必要はなく、仕様および条件によっては、限定された可動域だけに歯が形成されていてもよい。このように、歯が所定角度にだけ形成されている場合にも基端傘歯車50、中間傘歯車58および先端傘歯車76は円錐体の一例と言うことができる。 In addition, the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 do not necessarily need to have teeth formed on the entire circumference, and depending on the specifications and conditions, teeth are formed only in a limited range of motion. May be. As described above, the base bevel gear 50, the intermediate bevel gear 58, and the tip bevel gear 76 can be regarded as an example of a conical body even when the teeth are formed only at a predetermined angle.

(変形例)
次に、関節機構10Aおよび10Bの変形例にかかる関節機構10C,10D,10E,10Fおよび10Gについて説明する。関節機構10C〜10Gの説明では、関節機構10A,10Bと同様の箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Modification)
Next, joint mechanisms 10C, 10D, 10E, 10F and 10G according to modified examples of the joint mechanisms 10A and 10B will be described. In the description of the joint mechanisms 10C to 10G, the same parts as those of the joint mechanisms 10A and 10B are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図13は、第1変形例である関節機構10Cにおける動力伝達にかかる部分の側面図であり、図14は、関節機構10Cにおける動力伝達にかかる部分の斜視図である。 FIG. 13 is a side view of a portion related to power transmission in the joint mechanism 10C according to the first modification, and FIG. 14 is a perspective view of a portion related to power transmission in the joint mechanism 10C.

図13および図14に示すように、関節機構10Cにおける基端傘歯車50および先端傘歯車76は上記の関節機構10A,10Bにおけるものと同じであるが中間傘歯車58が異なっている。関節機構10A,10Bでは3つの基端傘歯車50、先端傘歯車76および中間傘歯車58は径および歯数が同一となっているが、関節機構10Cにおける中間傘歯車58は基端傘歯車50および先端傘歯車76に対して径および歯数が2倍に設定されている。 As shown in FIGS. 13 and 14, the base bevel gear 50 and the tip bevel gear 76 in the joint mechanism 10C are the same as those in the joint mechanisms 10A and 10B, but the intermediate bevel gear 58 is different. In the joint mechanisms 10A and 10B, the three bevel gears 50, the tip bevel gears 76, and the intermediate bevel gears 58 have the same diameter and the same number of teeth, but the intermediate bevel gears 58 in the joint mechanism 10C have the proximal bevel gears 50. The diameter and the number of teeth are set to be twice as large as those of the tip bevel gear 76.

そのため、図13に示すように基端傘歯車50と先端傘歯車76との距離はやや長くなるが、中間傘歯車58の側面の面積が大きくなるため、その分中間モータ54を偏平形状にすることができる。したがって、中間モータ54は所定の出力を確保するのに必要な体積を有しながら軸J2方向への突出量を抑制することができる。 Therefore, as shown in FIG. 13, the distance between the base bevel gear 50 and the tip bevel gear 76 is slightly long, but the side surface area of the intermediate bevel gear 58 is large, and the intermediate motor 54 is flattened accordingly. be able to. Therefore, the intermediate motor 54 can suppress the amount of protrusion in the direction of the axis J2 while having a volume required to secure a predetermined output.

また、図14に示すように、アーム14bは基準軸60を中心として俯仰動作を行うが、その角度θβの動作範囲は先端傘歯車76が基端傘歯車50に当接する位置で制限される。関節機構10Cでは、中間傘歯車58が基端傘歯車50および先端傘歯車76よりも大径であることから動作範囲が広く確保され、角度θβの動作範囲は約±130°である。 Further, as shown in FIG. 14, the arm 14b performs the elevation motion about the reference shaft 60, but the operating range of the angle θβ is limited to the position where the tip bevel gear 76 contacts the base bevel gear 50. In the joint mechanism 10C, since the intermediate bevel gear 58 has a larger diameter than the base bevel gear 50 and the tip bevel gear 76, a wide operating range is secured, and the operating range of the angle θβ is approximately ±130°.

図15(a)は、第2変形例である関節機構10Dにおける動力伝達にかかる部分のスケルトン図である。関節機構10Dでは、軸J1、軸J2および軸J3は関節中心Oの一点で交わるが、軸J1と軸J2とのなす角度および軸J2と軸J3とのなす角度は90°ではない。仕様や設計条件によっては、この関節機構10Dのように、各軸の交差角度を鋭角または鈍角としてもよい。 FIG. 15A is a skeleton diagram of a portion related to power transmission in the joint mechanism 10D according to the second modification. In the joint mechanism 10D, the axis J1, the axis J2, and the axis J3 intersect at one point of the joint center O, but the angle between the axis J1 and the axis J2 and the angle between the axis J2 and the axis J3 are not 90°. Depending on the specifications and design conditions, the intersection angle between the axes may be an acute angle or an obtuse angle, as in the joint mechanism 10D.

図15(b)は、第3変形例である関節機構10Eにおける動力伝達にかかる部分のスケルトン図である。関節機構10Eでは、軸J1と軸J2とのなす角度および軸J2と軸J3とのなす角度はそれぞれ90°であるが、軸J1と軸J2との交点O1は軸J2と軸J3との交点O2と一致しない。仕様や設計条件によっては、この関節機構10Eのように、軸J1、軸J2および軸J3は必ずしも一点で交わらなくてもよい。 FIG. 15B is a skeleton diagram of a portion related to power transmission in the joint mechanism 10E which is the third modified example. In the joint mechanism 10E, the angle between the axis J1 and the axis J2 and the angle between the axis J2 and the axis J3 are 90°, respectively. Does not match O2. Depending on the specifications and design conditions, like the joint mechanism 10E, the axis J1, the axis J2, and the axis J3 do not necessarily have to intersect at one point.

上述した関節機構10C〜10Eは、関節機構10Aおよび10Bと同様に、基端モータ38、中間モータ54および先端モータ68のうち2つ以上が設けられていれば2自由度を実現可能であり、3つが設けられていればいずれか1つをバックアップ用とすることができる。また、関節機構10C〜10Eは、関節機構10Bと同様に、先端モータ68に代えて直動機構93を設けることにより3自由度を実現できる。 Like the joint mechanisms 10A and 10B, the above-described joint mechanisms 10C to 10E can achieve two degrees of freedom if two or more of the base motor 38, the intermediate motor 54, and the tip motor 68 are provided, If three are provided, any one can be used for backup. Further, as in the joint mechanism 10B, the joint mechanisms 10C to 10E can realize three degrees of freedom by providing the linear motion mechanism 93 instead of the tip motor 68.

図15(c)は、第4変形例である関節機構10Fにおける動力伝達にかかる部分のスケルトン図である。関節機構10Fでは、基端傘歯車50と先端傘歯車76との間に2つの中間傘歯車58a,58bが設けられている。中間傘歯車58aは軸J2aと基準とした円錐面を備え、中間モータ54aによって回転する。中間傘歯車58bは軸J2bと基準とした円錐面を備え、中間モータ54bによって回転する。軸J1,軸J2a、軸J2bおよび軸J3は関節中心Oの一点で交わる。軸J1と軸J2とは基準姿勢で一直線上に配置される。 FIG. 15C is a skeleton diagram of a portion related to power transmission in the joint mechanism 10F according to the fourth modified example. In the joint mechanism 10F, two intermediate bevel gears 58a and 58b are provided between the base end bevel gear 50 and the tip bevel gear 76. The intermediate bevel gear 58a has a conical surface with the axis J2a as a reference, and is rotated by the intermediate motor 54a. The intermediate bevel gear 58b has a conical surface with the axis J2b as a reference, and is rotated by the intermediate motor 54b. The axis J1, the axis J2a, the axis J2b, and the axis J3 intersect at one point of the joint center O. The axis J1 and the axis J2 are arranged in a straight line in a standard posture.

関節機構10Fは、関節機構10Aおよび10Bと同様に、基端モータ38、中間モータ54a,54bおよび先端モータ68のうち2つ以上が設けられていれば2自由度を実現可能であり、3つまたは4つが設けられていればいずれか1つまたは2つをバックアップ用とすることができる。また、関節機構10Fは、関節機構10Bと同様に、先端モータ68または基端モータ38に代えて直動機構93を設けることにより3自由度を実現できる。さらに、基端モータ38、中間モータ54a,54bおよび先端モータ68のうち3つ以上を設ければ、軸J3に沿ったアーム14bの他に軸J2bに沿ったアーム14b’を設けて、アーム14b’をアーム14bに対して半独立的に動作させることができる。 Similar to the joint mechanisms 10A and 10B, the joint mechanism 10F can achieve two degrees of freedom if two or more of the base end motor 38, the intermediate motors 54a and 54b, and the tip end motor 68 are provided, and three joints are provided. Alternatively, if four are provided, either one or two can be used for backup. Further, the joint mechanism 10F can realize three degrees of freedom by providing the linear motion mechanism 93 instead of the distal end motor 68 or the proximal end motor 38, similarly to the joint mechanism 10B. Further, if three or more of the base end motor 38, the intermediate motors 54a and 54b, and the tip end motor 68 are provided, the arm 14b along the axis J2b is provided in addition to the arm 14b along the axis J3. 'Can be operated semi-independently with respect to the arm 14b.

図16は、第5変形例にかかる関節機構10Gにおいて、第1軸と第3軸とが角度をなす場合の動力伝達にかかる部分を示す斜視図である。図16では軸受ポスト52と基準軸60の一部を省略している。関節機構10Gは矢印θα,θβで示すように旋回、俯仰動作が可能な2自由度の構成である。 FIG. 16 is a perspective view showing a portion related to power transmission in the joint mechanism 10G according to the fifth modification when the first axis and the third axis form an angle. In FIG. 16, the bearing post 52 and a part of the reference shaft 60 are omitted. The joint mechanism 10G has a two-degree-of-freedom structure capable of turning and raising/lowering motions as indicated by arrows θα and θβ.

関節機構10Gでは、上述の関節機構10Aにおける基端機構32(図6参照)については同様の構成となっている。関節機構10Gでは、関節機構10Aにおける中間機構34については同様の構成となっているが、基準軸60については中間部(関節中心Oを含む位置)に断面が非円形の回止部60aが形成されている。 In the joint mechanism 10G, the proximal end mechanism 32 (see FIG. 6) in the above-mentioned joint mechanism 10A has the same configuration. In the joint mechanism 10G, the intermediate mechanism 34 in the joint mechanism 10A has the same configuration, but the reference shaft 60 has a detent portion 60a having a non-circular cross section formed in the intermediate portion (a position including the joint center O). Has been done.

関節機構10Gでは、関節機構10Aにおける先端機構36のうち軸受ポスト78に相当する箇所にポスト98が設けられており、それ以外は省略されている。ポスト98は上記の軸受ポスト78と同様に、一対の軸受ポスト52の間に介在しているが、断面が非円形の回止孔98aに回止部60aが嵌合していることから軸受機能はなく、基準軸60および中間傘歯車(第2円錐体)58と一体的に回転する。回止部60aおよび回止孔98aは断面が同形状で、例えば上記のロッド16とアーム14c(図12参照)のように一対の並行面同士が当接することによって相対回転不能となっている。ポスト98はアーム14bに固定されている。この場合の基準軸60における平面部には、軸受ポスト52の軸孔に嵌合する部分に一対の補助円弧片100を取り付けてもよい。一対の補助円弧片100は基準軸60の断面形状を補って円形とし、軸受ポスト52で軸支されやすい。 In the joint mechanism 10G, a post 98 is provided at a position corresponding to the bearing post 78 in the tip mechanism 36 of the joint mechanism 10A, and the rest is omitted. The post 98 is interposed between the pair of bearing posts 52 similarly to the bearing post 78 described above, but since the detent portion 60a is fitted into the detent hole 98a having a non-circular cross section, the bearing function is achieved. Instead, it rotates integrally with the reference shaft 60 and the intermediate bevel gear (second conical body) 58. The rotation stopping portion 60a and the rotation stopping hole 98a have the same shape in cross section, and cannot rotate relative to each other due to a pair of parallel surfaces contacting each other like the rod 16 and the arm 14c (see FIG. 12). The post 98 is fixed to the arm 14b. In this case, a pair of auxiliary arc pieces 100 may be attached to the flat surface portion of the reference shaft 60 at a portion fitted into the shaft hole of the bearing post 52. The pair of auxiliary arc pieces 100 has a circular shape that complements the cross-sectional shape of the reference shaft 60, and is easily supported by the bearing post 52.

このような関節機構10Gでは、中間モータ54の作用下に中間傘歯車58および基準軸60を軸J2回りに回転させることによりアーム14bはこれらと一体的に回転する。つまり角度θβで示すように俯仰動作を行う。なお、中間傘歯車58の回転は基端傘歯車(第1円錐体)50にも伝達されるため、基端傘歯車50が停止していれば中間傘歯車58は軸J1を中心として回転する。つまり、アーム14bは中間傘歯車58とともに軸J1を中心として角度θαで示す旋回動作をする。 In such a joint mechanism 10G, by rotating the intermediate bevel gear 58 and the reference shaft 60 around the axis J2 under the action of the intermediate motor 54, the arm 14b rotates integrally with them. That is, the elevation motion is performed as indicated by the angle θβ. Since the rotation of the intermediate bevel gear 58 is also transmitted to the base bevel gear (first conical body) 50, the intermediate bevel gear 58 rotates about the axis J1 when the base bevel gear 50 is stopped. .. In other words, the arm 14b turns with the intermediate bevel gear 58 about the axis J1 by the angle θα.

旋回動作を行わずに俯仰動作だけを行う場合には、中間傘歯車58の回転を相殺するように基端傘歯車50を基端モータ38で回転させればよい。俯仰動作を行わずに旋回動作だけを行う場合には、中間傘歯車58を停止させたまま基端傘歯車50だけを回転させれば、アーム14bが軸J1を中心として回転変位する。旋回動作と俯仰動作とを同時に行う場合には基端傘歯車50と中間傘歯車58とを協働的に回転させればよい。関節機構10Gでは、関節機構10C(図13参照)のように基端傘歯車50よりも中間傘歯車58を大径で歯数を多くしてもよい。 When only the elevation motion is performed without performing the turning motion, the base bevel gear 50 may be rotated by the base motor 38 so as to cancel the rotation of the intermediate bevel gear 58. When only the turning motion is performed without performing the elevation motion, if only the base bevel gear 50 is rotated while the intermediate bevel gear 58 is stopped, the arm 14b is rotationally displaced about the axis J1. When the turning motion and the elevation motion are performed simultaneously, the base bevel gear 50 and the intermediate bevel gear 58 may be cooperatively rotated. In the joint mechanism 10G, as in the joint mechanism 10C (see FIG. 13), the intermediate bevel gear 58 may have a larger diameter and a larger number of teeth than the base bevel gear 50.

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the present invention can be freely modified without departing from the gist of the present invention.

10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G 関節機構
12 ロボット
14a,14b,14b’,14c アーム
16 ロッド(雌ネジ部)
18 制御部
24 エンドエフェクタ
26 ケース
32 基端機構
34 中間機構
36 先端機構
38 基端モータ(第1モータ)
46 基端歯車体
50 基端傘歯車(基端円錐体、第1円錐体)
54 中間モータ(第2モータ)
58 中間傘歯車(中間円錐体、第2円錐体)
60 基準軸
68 先端モータ(第3モータ)
76 先端傘歯車(先端円錐体)
93 直動機構
94 スクリュー(雄ネジ部)
J1 軸(第1軸)
J2 軸(第2軸)
J3 軸(第3軸)
O 関節中心
Z 変位
θα,θβ 角度
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G Joint mechanism 12 Robots 14a, 14b, 14b', 14c Arm 16 Rod (female screw part)
18 Control Unit 24 End Effector 26 Case 32 Base End Mechanism 34 Intermediate Mechanism 36 Tip End Mechanism 38 Base End Motor (First Motor)
46 base end gear body 50 base end bevel gear (base end conical body, first conical body)
54 Intermediate motor (second motor)
58 Intermediate bevel gear (intermediate conical body, second conical body)
60 Reference shaft 68 Tip motor (third motor)
76 Tip bevel gear (tip cone)
93 Direct Acting Mechanism 94 Screw (Male Thread)
J1 axis (1st axis)
J2 axis (second axis)
J3 axis (3rd axis)
O Joint center Z displacement θα, θβ angle

Claims (9)

2つのアーム間に設けられる関節機構であって、
第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な基端円錐体と、
第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な中間円錐体と、
第3円錐面にかかる軸で他方のアームに沿った第3軸を中心に回転可能な先端円錐体と、
を備え、さらに、
前記基端円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、
前記中間円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、
前記先端円錐体を前記第3軸を中心として回転させ、前記他方のアームに設けられた第3モータと、
のうち2つを備え、
前記一方のアームと前記他方のアームとは基準軸まわりに相対的に回動可能に構成され、
前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記基端円錐体と前記中間円錐体との間で動力伝達がなされ、
前記第2円錐面と前記第3円錐面とが当接することによって、前記中間円錐体と前記基端円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする関節機構。
A joint mechanism provided between two arms,
A base conical body rotatable about a first axis along one arm with an axis applied to the first conical surface;
An intermediate cone that is rotatable about a second axis on the second conical surface;
A tip cone that is rotatable about a third axis along the other arm with the axis of the third conical surface;
And further,
A first motor provided on the one arm, wherein the base cone is rotated about the first axis;
A second motor for rotating the intermediate cone about the second axis;
A third motor provided on the other arm, which rotates the tip cone about the third axis;
With two of them,
The one arm and the other arm are configured to be relatively rotatable about a reference axis,
When the first conical surface and the second conical surface are in contact with each other, power is transmitted between the base conical body and the intermediate conical body,
A joint mechanism characterized in that power is transmitted between the intermediate cone and the base cone by contact between the second cone surface and the third cone surface.
請求項1に記載の関節機構において、
前記第1モータ、前記第2モータおよび前記第3モータの3つを備えることを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to claim 1,
A joint mechanism comprising three of the first motor, the second motor, and the third motor.
2つのアーム間に設けられる関節機構であって、
第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な基端円錐体と、
第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な中間円錐体と、
第3円錐面にかかる軸で他方のアームに沿った第3軸を中心に回転可能な先端円錐体と、
前記基端円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、
前記中間円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、
前記先端円錐体が前記第3軸を中心に回転することに基づいて伸縮する直動機構と、
を備え、
前記一方のアームと前記他方のアームとは基準軸まわりに相対的に回動可能に構成され、
前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記基端円錐体と前記中間円錐体との間で動力伝達がなされ、
前記第2円錐面と前記第3円錐面とが当接することによって、前記中間円錐体と前記基端円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする関節機構。
A joint mechanism provided between two arms,
A base conical body rotatable about a first axis along one arm with an axis applied to the first conical surface;
An intermediate cone that is rotatable about a second axis on the second conical surface;
A tip cone that is rotatable about a third axis along the other arm with the axis of the third conical surface;
A first motor provided on the one arm, wherein the base cone is rotated about the first axis;
A second motor that rotates the intermediate cone about the second axis;
A linear motion mechanism that expands and contracts based on the tip cone rotating around the third axis,
Equipped with
The one arm and the other arm are configured to be relatively rotatable around a reference axis,
When the first conical surface and the second conical surface are in contact with each other, power is transmitted between the base conical body and the intermediate conical body,
A joint mechanism characterized in that power is transmitted between the intermediate cone and the base cone by contact between the second cone surface and the third cone surface.
請求項3に記載の関節機構において、
前記直動機構は互いに螺合する雄ネジ部と雌ネジ部とを備え、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部のうち一方の回転により他方が進退することを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to claim 3,
The joint mechanism, wherein the linear motion mechanism includes a male screw portion and a female screw portion that are screwed together, and one of the male screw portion and the female screw portion is rotated to move the other forward or backward.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の関節機構において、
前記基端円錐体、前記中間円錐体および前記先端円錐体は同径であることを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to any one of claims 1 to 4,
The joint mechanism, wherein the base cone, the intermediate cone, and the tip cone have the same diameter.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の関節機構において、
前記基端円錐体と前記先端円錐体とは同径であり、
前記中間円錐体は、前記基端円錐体および前記先端円錐体よりも大径であることを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to any one of claims 1 to 4,
The proximal cone and the distal cone have the same diameter,
The joint mechanism, wherein the intermediate cone has a larger diameter than the proximal cone and the distal cone.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の関節機構において、
所定のタイミングで、基準姿勢における前記基端円錐体と前記中間円錐体との当接位置をずらすとともに、前記基準姿勢における前記中間円錐体と前記先端円錐体との当接位置をずらすように制御する制御部を有することを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to any one of claims 1 to 6,
At a predetermined timing, the contact position between the base cone and the intermediate cone in the reference posture is shifted, and the contact position between the intermediate cone and the tip cone in the reference posture is shifted. A joint mechanism having a control unit for controlling.
2つのアーム間に設けられる関節機構であって、
第1円錐面にかかる軸で一方のアームに沿った第1軸を中心に回転可能な第1円錐体と、
第2円錐面にかかる第2軸を中心に回転可能な第2円錐体と、
前記第1円錐体を前記第1軸を中心として回転させ、前記一方のアームに設けられた第1モータと、
前記第2円錐体を前記第2軸を中心として回転させる第2モータと、
を備え、
他方のアームは前記第2円錐体とともに前記第2軸を中心に回転可能に設けられ、前記第2軸に直交する第3軸に沿って延在し、
前記第1円錐面と前記第2円錐面とが当接することによって、前記第1円錐体と前記第2円錐体との間で動力伝達がなされることを特徴とする関節機構。
A joint mechanism provided between two arms,
A first conical body rotatable about a first axis along one arm with an axis applied to the first conical surface;
A second conical body rotatable about a second axis applied to the second conical surface;
A first motor provided on the one arm, wherein the first cone is rotated about the first axis;
A second motor for rotating the second cone about the second axis;
Equipped with
The other arm is provided rotatably around the second axis together with the second cone, and extends along a third axis orthogonal to the second axis,
A joint mechanism characterized in that power is transmitted between the first conical body and the second conical body by contact between the first conical surface and the second conical surface.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の関節機構において、
前記第1軸、前記第2軸および前記第3軸は一点で交わり、
前記第1軸と前記第2軸とは直交し、
前記第2軸と前記第3軸とは直交することを特徴とする関節機構。
The joint mechanism according to any one of claims 1 to 4,
The first axis, the second axis and the third axis intersect at one point,
The first axis and the second axis are orthogonal to each other,
The joint mechanism, wherein the second axis and the third axis are orthogonal to each other.
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