JP2021146476A - 伸縮アーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーム部に偏荷重が掛かり難く、コンパクトで、ハンド部を自在に回動させることができるロボットアーム装置を提供すること。【解決手段】ロボットアーム装置１００は、基体１０と、基体１０に連結されている伸縮可能なアーム部２０と、アーム部２０の先端側に連結されている手首部３０を具え、基体１０は、駆動モータＭ２と第一差動モータＭ３を具えている。駆動モータＭ２により、アーム部２０が伸縮するとともにアーム部２０の伸縮量に応じて第一線状部材４６を送出し又は引戻し、第一差動モータＭ３によって第一線状部材４６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４を回転させてハンド部取付部３８を第一プーリ３４の回転方向に回動させることができるので、アーム部２０に偏荷重が掛かり難く、コンパクトで、ハンド部を自在に回動させることができるロボットアーム装置１００とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、伸縮可能なアーム部に手首部が装着されたロボットアーム装置に関する。

モータ等の駆動装置のトルクによって、アーム部を伸縮させ、アーム部の先に、ワークを把持等するためのハンド部が取付けられるロボットアーム装置が開発されている。アーム部とハンド部の間には、ハンド部をアーム部に対して回動させる手首部が設けられることもある。その例として、以下に挙げるものがある。

特開２０１６−２０３２８９号公報 特開２０１９−１９６７７５号公報

特許文献１の装置は、ワークを把持するためのハンド部がアーム部に連結されたロボットアーム装置であって、アーム部の基端側に位置するモータが駆動することにより、ワイヤが送り出され、又は、巻き取られ、アーム部を伸縮させるというものである。

特許文献２の装置は、ハンド部がアーム部に連結されたロボットアーム装置であって、モータによって、連結された複数のプレートから構成される第１コマ列と連結された複数の断面コ字状部材で構成される第二コマ列が送り出され、又は巻き戻され、第１コマ列と第２コマ列が接合し又は分解することにより、アーム部を伸縮させるというものである。

特許文献１のロボットアーム装置は、基端側に設置されるモータによって、アーム部を伸縮させ、ハンド部の把持機構を作動させることができるが、ハンド部を回動させる手首部は設けられておらず、ハンド部を自在に回動させることはできない。

一方、特許文献２のロボットアーム装置は、第１コマ列と第２コマ列が接合し又は分解するという構成であるため、第１コマ列と第２コマ列を収納しておくスペースを要するから、大型化する傾向にあり、手首部を回動させるための駆動装置が手首部に連結されるため、アーム部に偏荷重が掛かり易く、手首部も大型化してしまう傾向にある。

そこで、本発明は、前述した点に鑑み、アーム部に偏荷重が掛かり難く、コンパクトで、ハンド部を自在に回動させることができるロボットアーム装置を提供することを目的とする。

本発明は、基体と、該基体に連結された伸縮可能なアーム部と、該アーム部の先端側に連結された手首部を有するロボットアーム装置であって、
前記手首部は、基部と、該基部に回転自在に設けられた第一プーリと、該第一プーリに連結されているハンド部取付部を具え、
前記基体は、少なくとも１つの駆動モータ、少なくとも１つの第一差動モータと、第一線状部材を送出し又は引戻すための第一回転部材及び第二回転部材と、前記第一及び第二回転部材に対応する、回転可能な第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、及び第一・第二リングギアからそれぞれ構成される第一・第二遊星歯車機構を具え、
前記第一線状部材は前記第一プーリに掛けられ、
前記第一回転部材は、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
前記第二回転部材は、前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
前記駆動モータからのトルクは、前記第一・第二回転部材にトルクを伝達する前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでない、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれか及び前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
前記第一差動モータからのトルクは、前記第一・第二回転部材にトルクを伝達する前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでなく、且つ、前記駆動モータからトルクが伝達される前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでない、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれか及び前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
前記アーム部が伸びるときに前記駆動モータからのトルクにより第一・第二回転部材が回転させられ、前記第一線状部材を前記アーム部の伸び量に応じた送出量で送出し、
前記アーム部が縮むときに前記駆動モータからのトルクにより第一・第二回転部材が回転させられ、前記第一線状部材を前記アーム部の縮み量に応じた引戻量で引戻し、
前記第一差動モータからのトルクにより、前記第一・第二回転部材を回転させ、前記第一線状部材を送出し及び引戻し、前記第一プーリを回転させるように構成されていることを特徴とするロボットアーム装置によって前記課題を解決した。

本発明のロボットアーム装置によれば、駆動モータと第一差動モータは、基体に設けられており、第一差動モータによって第一線状部材を送出し及び引戻し、第一プーリを回転させてハンド部取付部を第一プーリの回転方向に回動させることができる。よって、手首部にハンド部取付部を回動させるモータを設ける必要がないので、アーム部に偏荷重が掛かり難く、コンパクトである。

また、第一プーリが第一かさ歯車を具え、ハンド部取付部にハンド部かさ歯車を設け、ハンド部取付部を第一かさ歯車の軸に対して直交する軸を中心に回転自在に設け、第一かさ歯車とハンド部かさ歯車を噛合わせて連結させることにより、ハンド部取付部を第一かさ歯車の軸と直交する軸を中心に回動させることができる。

また、手首部が第一プーリと対称的な構造を有する第二プーリを具え、基体が第一線状部材、第一回転部材、及び第二回転部材と対称的な構造を有する第二線状部材、第三回転部材、第四回転部材を具え、第二差動モータによって第二線状部材を送出し及び引戻し、第二プーリを回転させる構成とすれば、第一線状部材と第二線状部材で第一プーリと第二プーリをそれぞれ回転させてハンド部取付部を確実に回動させることができる。

また、ハンド部取付部を第一かさ歯車の軸に対して平行な軸を中心に回転自在に設け、さらに、基体が第一乃至第四回転部材にトルクを伝達する第二差動モータを具え、第一差動モータと第二差動モータの一方又は両方を駆動することにより、ハンド部取付部を直交する２軸を中心にそれぞれ回動させることができる。

また、駆動モータからのトルクでアーム部を伸縮させるように構成すれば、アーム部を伸縮させる別のモータを設けなくてもよいため、その分、ロボットアーム装置をコンパクトにすることができる。

また、アーム部が第一プレートと第二プレートを具え、第一プレートが、駆動モータからのトルクにより回転するように構成されている、内径側にねじが設けられた中空の第一ナット部材を具え、第二プレートが、第一ナット部材の内径側のねじに螺合する棒状の第一ねじ部材を具えている構成とすれば、駆動モータのトルクにより第一ナット部材を回転させ、その回転方向により、第二プレートを第一プレートに対して離間又は接近させることができる。よって、特許文献２に示されているような第１コマ列と第２コマ列を収納しておくスペースが不要であるため、ロボットアーム装置を比較的コンパクトにすることができる。また、同様にして、さらに第三プレートをさらに設けることもできる。

本発明のロボットアーム装置の正面図。 図１の平面図。 図１のアーム部分の拡大平面図。 図１のアーム部分の拡大図。 図１の基体の部分の内部拡大図。 図５のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ線断面図。 図５のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｇ−Ｈ−Ｉ−Ｊ線断面図。 図１の第一差動モータ部分の縦断面図。 図１の第二差動モータ部分の縦断面図。 図１のアーム部の展開図。

本発明の実施例を図１〜１０を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１，２に示すとおり、ロボットアーム装置１００は、基体１０と、基体１０に連結されている伸縮可能なアーム部２０と、アーム部２０の先端側に連結されている手首部３０を具えている。基体１０は、駆動モータＭ２と第一差動モータＭ３、第二差動モータＭ４を具えている。また、アーム部２０は、破線部に示すように、伸縮可能に構成されている。これらについての詳細は後述する。なお、ロボットアーム装置１００は、モータＭ１の動力を利用して、アーム部２０が水平方向の軸又は垂直方向の軸を中心に回動できるように構成することができる（図１，２の破線部参照）。

図３に示すように、手首部３０は、基部３２がアーム部２０に連結されている。基部３２には、第一プーリ３４と第二プーリ３６が回転自在に設けられている。第一プーリ３４と第二プーリ３６は、それぞれ、第一かさ歯車３５と第二かさ歯車３７に連結されている。ハンド部取付部３８には、ハンド部かさ歯車３９が連結されている。そして、ハンド部かさ歯車３９が第一かさ歯車３５及び第二かさ歯車３７と噛合うことにより、ハンド部取付部３８は、第一プーリ３４及び第二プーリ３６と連結されている。ハンド部取付部３８は、ワークを掴むアクチュエータ等のハンド部（図示省略）と一体にすることもでき、ハンド部取付部３８にハンド部を取付ける構成としてもよい。なお、第二プーリ３６を設けない構成や、ハンド部取付部３８をかさ歯車を介さずに第一プーリ３４や第二プーリ３６と連結させる構成も可能である。

第一かさ歯車３５と第二かさ歯車３７は、平行な回転軸を有し、図示しているように、同一直線上の回転軸を具えるのが好適である。また、手首部３０は、第一かさ歯車３５と第二かさ歯車３７の回転軸上に位置する第一取付軸３３を具えている。第一かさ歯車３５と第二かさ歯車３７は、第一取付軸３３に対し回転可能に構成されている。ハンド部取付部３８は、第一取付軸３３に対して回転可能な第二取付軸３１を介して第一取付軸３３に連結させることができる。本構成により、ハンド部取付部３８は、第一かさ歯車３５及び第二かさ歯車３７の軸に対して直交する軸を中心にしても回転自在に設けられる。

図１に示すとおり、基体１０は、第一回転部材４２と第二回転部材４４を具えている。第一回転部材４２と第二回転部材４４は、これらの回転によって、第一線状部材４６を送出し又は引戻すことができるように構成されている。第一線状部材４６は、適度な緊張具合を保つように第一プーリ３４に掛けられている（図４も参照）。同様に、基体１０は、第三回転部材５２と第四回転部材５４を具えることができ、第二プーリ３６に掛けられている第二線状部材５６を送出し又は引戻すことができるようにされている（図３参照）。なお、第一線状部材４６と第二線状部材５６は、第一プーリ３４と第二プーリ３６のそれぞれに一周以上巻付け、滑りを防止するのがよい。第一回転部材４２と第二回転部材４４は、互いに同径であるが、異なる径とし、駆動モータＭ２，第一差動モータＭ３，第二差動モータＭ４による回転速度を調整した構成とすることも可能である。

次に、第一線状部材４６と第二線状部材５６が如何に送出され、又は引戻されるかについて説明する。図５は、基体１０の第一回転部材４２と第二回転部材４４の部分の内部構造を示す図である。図５に示されているように、基体１０の内部には、第一回転部材４２と第二回転部材４４（図１参照）のそれぞれに対応する第一遊星歯車機構６２と第二遊星歯車機構８２が設けられている。駆動モータＭ２（図１参照）のトルクは、駆動トルク入力ギア１０２に伝達されるように構成されており、駆動トルク入力ギア１０２から第一歯車列１０４を介して第一遊星歯車機構６２に伝達され、また、第二歯車列１０６を介して第二遊星歯車機構８２にも伝達される。

図６に示されているように、第一遊星歯車機構６２は、第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、及び第一リングギア６８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第一リングギア６８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第一遊星ギア６６と噛合っている。第一歯車列１０４からのトルクは、第一遊星歯車機構６２の第一サンギア６４に伝達され、第一遊星ギア６６を第一サンギア６４に対して公転させる。第一遊星ギア６６は、第一回転部材４２に連結されており、第一遊星ギア６６からのトルクが第一回転部材４２に伝達され、第一回転部材４２を回転させる。

同様にして、第三回転部材５２に対応する第三遊星歯車機構７２が設けられており、第三遊星歯車機構７２は、第三サンギア７４、第三遊星ギア７６、及び第三リングギア７８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第三リングギア７８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第三遊星ギア７６と噛合っている。第一歯車列１０４からのトルクは、第三遊星歯車機構７２の第三サンギア７４にも伝達され、第三遊星ギア７６を第三サンギア７４に対して公転させる。第三遊星ギア７６は、第三回転部材５２に連結されており、第三遊星ギア７６からのトルクが第三回転部材５２に伝達され、第三回転部材５２を回転させる。

図７に示されているように、第二遊星歯車機構８２は、第二サンギア８４、第二遊星ギア８６、及び第二リングギア８８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第二リングギア８８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第二遊星ギア８６と噛合っている。第二歯車列１０６からのトルクは、第二遊星歯車機構８２の第二サンギア８４に伝達され、第二遊星ギア８６を第二サンギア８４に対して公転させる。第二遊星ギア８６は、第二回転部材４４に連結されており、第二遊星ギア８６からのトルクが第二回転部材４４に伝達され、第二回転部材４４を回転させる。

同様にして、第四回転部材５４に対応する第四遊星歯車機構９２が設けられており、第四遊星歯車機構９２は、第四サンギア９４、第四遊星ギア９６、及び第四リングギア９８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第四リングギア９８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第四遊星ギア９６と噛合っている。第二歯車列１０６からのトルクは、第四遊星歯車機構９２の第四サンギア９４にも伝達され、第四遊星ギア９６を第四サンギア９４に対して公転させる。第四遊星ギア９６は、第四回転部材５４に連結されており、第四遊星ギア９６からのトルクが第四回転部材５４に伝達され、第四回転部材５４を回転させる。

本実施形態の場合、図１に示すとおり、第一回転部材４２と第二回転部材４４に対する第一線状部材４６の巻方向は、互いに異なる。具体的には、図１の正面視で、第一回転部材４２は、第一線状部材４６を右巻きで巻取り、第二回転部材４４は、第一線状部材４６を左巻きで巻取るように構成されている。このような構成の場合、第一回転部材４２と第二回転部材４４を互いに異なる方向に回転させることにより、第一線状部材４６を送出し、又は引戻すことができる。なお、第一回転部材４２が第一線状部材４６を左巻きで巻取り、第二回転部材４４が第一線状部材４６を右巻きで巻取る構成としてもよい。図示は省略するが、第三回転部材５２、第四回転部材５４、及び第二線状部材５６の構成も同様である。

ここで、図５乃至７に示すように、第一歯車列１０４と第二歯車列１０６を比較すると、第二歯車列１０６は、第一歯車列１０４よりも歯車の数が１つ多い。このため、駆動モータＭ２からのトルクは、例えば、第一サンギア６４と第三サンギア７４に正転方向で伝達されるとき、第二サンギア８４と第四サンギア９４には、逆転方向で伝達されることになる。すなわち、駆動モータＭ２からのトルクは、第一サンギア６４及び第三サンギア７４と第二サンギア８４及び第四サンギア９４の両組合せに対し、異なる方向で伝達される。なお、駆動モータＭ２からのトルクにより、第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４は同速で回転させられるように構成されている。よって、駆動モータＭ２を一方向に駆動させたとき、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出すことができ、駆動モータＭ２を他方向に駆動させたとき、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻すことができる。

駆動モータＭ２による第一線状部材４６と第二線状部材５６の送出しは、後述するように、アーム部２０が伸びるときに実行され、第一線状部材４６と第二線状部材５６は、アーム部２０の伸び量に応じた送出量で送出される。一方で、駆動モータＭ２による第一線状部材４６と第二線状部材５６の引戻しは、後述するように、アーム部２０が縮むときに実行され、第一線状部材４６と第二線状部材５６は、アーム部２０の縮み量に応じた引戻量で引戻される。

なお、第一回転部材４２と第二回転部材４４に対する第一線状部材４６の巻方向、及び第三回転部材５２と第四回転部材５４に対する第二線状部材５６の巻方向を同方向にした構成とすることも可能である。この場合、駆動モータＭ２からのトルクが、第一サンギア６４及び第三サンギア７４と第二サンギア８４及び第四サンギア９４の両組合せに対し、同じ方向で伝達されるように構成すればよい。こうすることで、駆動モータＭ２を一方向に駆動させたとき、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出すことができ、駆動モータＭ２を他方向に駆動させたとき、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻すことができる。要するに、第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４に対する第一・第二線状部材４６，５６の巻方向は、様々な組合せがあり得るが、駆動モータＭ２のトルクによって第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４を回転させ、第一・第二線状部材４６，５６をアーム部２０の伸び量又は縮み量に応じた送出量又は引戻量で送出又は引戻すようにすればよい。

駆動モータＭ２は、第一乃至第四遊星歯車機構６２，８２，７２，９２に対応させて複数とすることも可能であるが、本実施形態の構成とすることにより、１つの駆動モータＭ２で第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出し又は引戻すことができるので、製造コストを低減させることができ、ロボットアーム装置１００をコンパクトにすることができる。なお、第一乃至第四遊星歯車機構６２，８２，７２，９２は、デファレンシャルギア機構にしてもよい。

また、第一線状部材４６と第二線状部材５６は、第一差動モータＭ３と第二差動モータＭ４（図１参照）によっても送出及び引戻されるように構成されている。図８に示すように、第一差動モータＭ３からのトルクは、第一差動歯車列１１２を介して、第一差動遊星歯車機構１２２と第二差動遊星歯車機構１３２に伝達される。第一差動遊星歯車機構１２２は、第一差動サンギア１２４、第一差動遊星ギア１２６、及び第一差動リングギア１２８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第一差動リングギア１２８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第一差動遊星ギア１２６と噛合っている。同様にして、第二差動遊星歯車機構１３２も、第二差動サンギア１３４、第二差動遊星ギア１３６、及び第二差動リングギア１３８がそれぞれ回転可能に設けられて構成されている。第二差動リングギア１３８は、内周側と外周側のそれぞれにギアを具え、内周側のギアが第二差動遊星ギア１３６と噛合っている。

第一差動モータＭ３からのトルクは、第一差動歯車列１１２から第一差動遊星歯車機構１２２の第一差動サンギア１２４と第二差動遊星歯車機構１３２の第二差動サンギア１３４に伝達され、第一差動遊星ギア１２６を第一差動サンギア１２４に対し、第二差動遊星ギア１３６を第二差動サンギア１３４に対してそれぞれ公転させる。そして、第一差動遊星ギア１２６の公転のトルクが第一差動トルク出力ギア１４２に、第二差動遊星ギア１３６の公転のトルクが第二差動トルク出力ギア１４４に伝達される。このとき、第一差動トルク出力ギア１４２と第二差動トルク出力ギア１４４は同速度で同方向に回転するように構成されている。

第一差動トルク出力ギア１４２に伝達されたトルクは、第一遊星歯車機構６２の第一リングギア６８の外周側のギアと第二遊星歯車機構８２の第二リングギア８８の外周側のギアに伝達され、第一リングギア６８と第二リングギア８８を同速度で同方向に回転させる。また、第二差動トルク出力ギア１４４に伝達されたトルクは、第三遊星歯車機構７２の第三リングギア７８の外周側のギアと第四遊星歯車機構９２の第四リングギア９８の外周側のギアに伝達され、第三リングギア７８と第四リングギア９８を、第一差動トルク出力ギア１４２からのトルクによる第一リングギア６８及び第二リングギア８８の回転に対し同速度で同方向に回転させる。

本構成により、第一差動モータＭ３のトルクによって、第一乃至第四遊星歯車機構６２，８２，７２，９２の第一乃至第四遊星ギア６６，８６，７６，９６を同方向に公転させるトルクを与えることができる。また、駆動モータＭ２により第一乃至第四遊星ギア６６，８６，７６，９６が公転しているときには、第一差動モータＭ３の回転方向に応じて、第一遊星ギア６６と第三遊星ギア７６の公転速度を減速させ、第二遊星ギア８６と第四遊星ギア９６の公転速度を増速させる、或いは、第一遊星ギア６６と第三遊星ギア７６の公転速度を増速させ、第二遊星ギア８６と第四遊星ギア９６の公転速度を減速させることができる。

これにより、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出す方向に第一回転部材４２と第三回転部材５２を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻す方向に第二回転部材４４と第四回転部材５４を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を一方向に回転させることができる。或いは、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻す方向に第一回転部材４２と第三回転部材５２を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出す方向に第二回転部材４４と第四回転部材５４を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を他方向に回転させることができる。かくして、ハンド部取付部３８を第一プーリ３４と第二プーリ３６の回転方向に回動させることができる。よって、手首部３０にハンド部取付部３８を回動させるモータを設ける必要がないので、アーム部２０に偏荷重が掛かり難く、コンパクトである。また、第一プーリ３４と第二プーリ３６をそれぞれ回転させてハンド部取付部３８を確実に回動させることができる。

第一回転部材４２と第二回転部材４４に対する第一線状部材４６の巻方向、及び第三回転部材５２と第四回転部材５４に対する第二線状部材５６の巻方向を同方向にした場合、第一差動モータＭ３からのトルクによって、第一リングギア６８及び第二リングギア８８を同速度で反対方向に、第三リングギア７８及び第四リングギア９８も同速度で反対方向に回転させ、第一リングギア６８及び第二リングギア８８と第三リングギア７８及び第四リングギア９８の組合せを同方向に回転させ、第一プーリ３４と第二プーリ３６を同方向に回転させるように構成すればよい。また、上述したように、第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４に対する第一・第二線状部材４６，５６の巻方向は、様々な組合せがあり得るが、第一差動モータＭ３のトルクによって第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４を回転させ、第一・第二線状部材４６，５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を同方向に回転させるように構成すればよい。

図９に示すように、第二差動モータＭ４からのトルクは、第二差動歯車列１１４を介して、第一差動遊星歯車機構１２２の第一差動リングギア１２８の外周側のギアに伝達される。一方で、第二差動モータＭ４からのトルクは、第三差動歯車列１１６を介して、第二差動遊星歯車機構１３２の第二差動リングギア１３８の外周側のギアに伝達される。ここで、第一差動歯車列１１４と第三差動歯車列１１６は、互いに逆方向の回転を第一差動リングギア１２８と第二差動リングギア１３８に伝達するように構成されている。

第二差動歯車列１１４からのトルクは、第一差動遊星ギア１２６を第一差動サンギア１２４に対して一方向に公転させる。一方、第三差動歯車列１１６からのトルクは、第二差動遊星ギア１３６を第二差動サンギア１３４に対して他方向に公転させる。そして、第一差動遊星ギア１２６の公転のトルクは、第一差動トルク出力ギア１４２に、第二差動遊星ギア１３６の公転のトルクは、第二差動トルク出力ギア１４４に伝達されるように構成されている。よって、第一差動トルク出力ギア１４２と第二差動トルク出力ギア１４４は同速度で他方向に回転する。

上述したように、第一差動トルク出力ギア１４２に伝達されたトルクは、第一遊星歯車機構６２の第一リングギア６８の外周側のギアと第二遊星歯車機構８２の第二リングギア８８の外周側のギアに伝達され、第一リングギア６８と第二リングギア８８を同速度で同方向に回転させる。また、第二差動トルク出力ギア１４４に伝達されたトルクは、第三遊星歯車機構７２の第三リングギア７８の外周側のギアと第四遊星歯車機構９２の第四リングギア９８の外周側のギアに伝達され、第三リングギア７８と第四リングギア９８を、第一差動トルク出力ギア１４２からのトルクによる第一リングギア６８及び第二リングギア８８の回転に対し同速度で他方向に回転させる。

かくして、本構成により、第二差動モータＭ４からのトルクによって、第一リングギア６８及び第二リングギア８８と第三リングギア７８及び第四リングギア９８の組合せを同速度で反対方向に回転させることができる。なお、駆動モータＭ２により第一乃至第四遊星ギア６６，８６，７６，９６が公転しているときには、第二差動モータＭ４の回転方向に応じて、第一遊星ギア６６と第四遊星ギア９６の公転速度を減速させ、第二遊星ギア８６と第三遊星ギア７６の公転速度を増速させる、或いは、第一遊星ギア６６と第四遊星ギア９６の公転速度を増速させ、第二遊星ギア８６と第三遊星ギア７６の公転速度を減速させることができる。

これにより、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出す方向に第一回転部材４２と第四回転部材５４を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻す方向に第二回転部材４４と第三回転部材５２を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を互いに反対方向に回転させることができる。或いは、第一線状部材４６と第二線状部材５６を引戻す方向に第一回転部材４２と第四回転部材５４を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出す方向に第二回転部材４４と第三回転部材５２を回転させ、第一線状部材４６と第二線状部材５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を互いに反対方向に回転させることができる。かくして、ハンド部取付部３８を第一かさ歯車３５及び第二かさ歯車３７の軸に対して直交する軸である第二取付軸３１を中心に回動させることができる。このようにして、ロボットアーム装置１００では、ハンド部取付部３８を直交する２軸を中心に回動させることができるので、ハンド部取付部３８、延いてはハンド部を自在に回動させることができる。なお、第一差動モータＭ３と第二差動モータＭ４は、それぞれ駆動させてもよく、同時に駆動させることもできる。

第一回転部材４２と第二回転部材４４に対する第一線状部材４６の巻方向、及び第三回転部材５２と第四回転部材５４に対する第二線状部材５６の巻方向を同方向にした場合、第二差動モータＭ４からのトルクによって、第一リングギア６８及び第二リングギア８８を同速度で反対方向に、第三リングギア７８及び第四リングギア９８も同速度で反対方向に回転させ、第一リングギア６８及び第二リングギア８８と第三リングギア７８及び第四リングギア９８の組合せを反対方向に回転させ、第一プーリ３４と第二プーリ３６を反対方向に回転させるように構成すればよい。また、上述したように、第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４に対する第一・第二線状部材４６，５６の巻方向は、様々な組合せがあり得るが、第二差動モータＭ４のトルクによって第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４を回転させ、第一・第二線状部材４６，５６を送出し及び引戻し、第一プーリ３４と第二プーリ３６を反対方向に回転させるように構成すればよい。

なお、第一差動モータＭ３と第二差動モータＭ４のそれぞれを第一乃至第四リングギア６８，８８，７８，９８に対応させて複数設け、それぞれを制御することで第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４を回転させる構成とすることも可能である。しかし、ロボットアーム装置１００のように、第一差動モータＭ３と第二差動モータＭ４のトルクを第一差動遊星歯車機構１２２及び第二差動遊星歯車機構１３２を介して第一乃至第四回転部材４２，４４，５２，５４に伝達させる構成とすれば、第一差動モータＭ３と第二差動モータＭ４の必要数を抑えることができるので、製造コストを低減させることができ、ロボットアーム装置１００をコンパクトにすることができる。なお、第一・第二差動遊星歯車機構１２２，１３２は、デファレンシャルギア機構にしてもよい。

以上に説明したとおり、ロボットアーム装置１００では、第一回転部材４２に第一遊星ギア６６から、第一サンギア６４に駆動モータＭ２から、第一リングギア６８に第一差動モータＭ３及び第二差動モータＭ４から、それぞれトルクが伝達されるように構成されている。本構成は、第一回転部材４２に第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８のいずれかからトルクが伝達され、駆動モータＭ２からのトルクが、第一回転部材４２にトルクを伝達する第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８でない、第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８のいずれかに伝達され、第一差動モータＭ３及び第二差動モータＭ４からのトルクが、第一回転部材４２にトルクを伝達する第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８でなく、且つ、駆動モータＭ２からトルクが伝達される第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８でない、第一サンギア６４、第一遊星ギア６６、又は第一リングギア６８のいずれかに伝達されるように構成すればよい。第二乃至第四回転部材４４，５２，５４においても同様である。

図１０に示すように、アーム部２０は、第一プレート２２，第二プレート２４，第三プレート２６，及び第四プレート２８を具えている。第一プレート２２側に基体１０が連結され、第四プレート２８側に手首部３０が連結される。第一プレート２２は、内径側にねじが設けられている中空の第一ナット部材２１ａを具えている。第一ナット部材２１ａは、回転自在に設けられており、駆動モータＭ２からのトルクが第一ナット部材２１ａに伝達されるように構成されている。一方、第二プレート２４は、第一ナット部材２１ａの内径側のねじに螺合する棒状の第一ねじ部材２３ａを具えている。よって、駆動モータＭ２のトルクにより第一ナット部材２１ａが回転させられると、その回転方向により、第二プレート２４が第一プレート２２に対して離間し又は接近する。

また、第二プレート２４は、内径側にねじが設けられている中空の第二ナット部材２１ｂを具えている。一方、第三プレート２６は、第二ナット部材２１ｂの内径側のねじに螺合する棒状の第二ねじ部材２３ｂを具えている。また、第三プレート２６は、内径側にねじが設けられている中空の第三ナット部材２１ｃを具え、第四プレート２８は、第三ナット部材２１ｃの内径側のねじに螺合する棒状の第三ねじ部材２３ｃを具えている。駆動モータＭ２からのトルクは、第一ナット部材２１ａから第一回転伝達ナット２５ａ及び第一回転伝達ナット２５ａとキー締結されている第一回転伝達軸２７ａを通じ、第二ナット部材２１ｂに伝達される。同様に、第一回転伝達軸２７ａからのトルクは第二回転伝達ナット２５ｂ及び第二回転伝達ナット２５ｂとキー締結されている第二回転伝達軸２７ｂを通じて、第三ナット部材２１ｃにも伝達される。よって、駆動モータＭ２の駆動により、第三プレート２６を第二プレート２４に対して、第四プレート２８を第三プレート２６に対して、それぞれ、離間又は接近させるようにすることができる。なお、第一乃至第三ナット部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃと第一乃至第三ねじ部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃの組合せは、それぞれ複数設けることもできる。

このように、駆動モータＭ２からのトルクでアーム部２０を伸縮させるように構成すれば、アーム部２０を伸縮させるための別のモータを設けなくてもよい。また、特許文献２に示されているような第１コマ列と第２コマ列を収納しておくスペースが不要であるため、ロボットアーム装置１００を比較的コンパクトにすることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、アーム部に偏荷重が掛かり難く、コンパクトで、手首部を自在に回動させることができるロボットアーム装置を提供することができる。

１０ 基体
２０ アーム部
２１ａ 第一ナット部材
２１ｂ 第二ナット部材
２２ 第一プレート
２３ａ 第一ねじ部材
２３ｂ 第二ナット部材
２４ 第二プレート
２６ 第三プレート
３０ 手首部
３２ 基部
３４ 第一プーリ
３５ 第一かさ歯車
３６ 第二プーリ
３７ 第二かさ歯車
３８ ハンド部取付部
３９ ハンド部かさ歯車
４２ 第一回転部材
４４ 第二回転部材
４６ 第一線状部材
５２ 第三回転部材
５４ 第四回転部材
５６ 第二線状部材
６２ 第一遊星歯車機構
６４ 第一サンギア
６６ 第一遊星ギア
６８ 第一リングギア
７２ 第三遊星歯車機構
７４ 第三サンギア
７６ 第三遊星ギア
７８ 第三リングギア
８２ 第二遊星歯車機構
８４ 第二サンギア
８６ 第二遊星ギア
８８ 第二リングギア
９２ 第四遊星歯車機構
９４ 第四サンギア
９６ 第四遊星ギア
９８ 第四リングギア
１００ ロボットアーム装置
Ｍ２ 駆動モータ
Ｍ３ 第一差動モータ
Ｍ４ 第二差動モータ

Claims (7)

1. 基体と、該基体に連結された伸縮可能なアーム部と、該アーム部の先端側に連結された手首部を有するロボットアーム装置であって、
   前記手首部は、基部と、該基部に回転自在に設けられた第一プーリと、該第一プーリに連結されているハンド部取付部を具え、
   前記基体は、少なくとも１つの駆動モータ、少なくとも１つの第一差動モータと、第一線状部材を送出し又は引戻すための第一回転部材及び第二回転部材と、前記第一及び第二回転部材に対応する、回転可能な第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、及び第一・第二リングギアからそれぞれ構成される第一・第二遊星歯車機構を具え、
   前記第一線状部材は前記第一プーリに掛けられ、
   前記第一回転部材は、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
   前記第二回転部材は、前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
   前記駆動モータからのトルクは、前記第一・第二回転部材にトルクを伝達する前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでない、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれか及び前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
   前記第一差動モータからのトルクは、前記第一・第二回転部材にトルクを伝達する前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでなく、且つ、前記駆動モータからトルクが伝達される前記第一・第二サンギア、第一・第二遊星ギア、又は第一・第二リングギアでない、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれか及び前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
   前記アーム部が伸びるときに前記駆動モータからのトルクにより第一・第二回転部材が回転させられ、前記第一線状部材を前記アーム部の伸び量に応じた送出量で送出し、
   前記アーム部が縮むときに前記駆動モータからのトルクにより第一・第二回転部材が回転させられ、前記第一線状部材を前記アーム部の縮み量に応じた引戻量で引戻し、
   前記第一差動モータからのトルクにより、前記第一・第二回転部材を回転させ、前記第一線状部材を送出し及び引戻し、前記第一プーリを回転させるように構成されていることを特徴とする、
   ロボットアーム装置。
2. 前記第一プーリが第一かさ歯車を具え、
   前記ハンド部取付部が、前記第一かさ歯車の軸に対して直交する軸を中心に回転自在に設けられるとともにハンド部かさ歯車を具え、
   前記第一プーリとハンド部取付部が、前記第一かさ歯車とハンド部かさ歯車が噛合うことにより連結されている、請求項１のロボットアーム装置。
3. 前記手首部が、さらに、前記基部に回転自在に設けられた第二プーリを具え、
   前記第二プーリが、前記第一かさ歯車の軸と平行な軸を有し、前記ハンド部かさ歯車と噛合う第二かさ歯車を具え、
   前記基体が、さらに、第二線状部材を送出し又は引戻すための第三回転部材及び第四回転部材と、前記第三及び第四回転部材に対応する、回転可能な第三・第四サンギア、第三・第四遊星ギア、及び第三・第四リングギアからそれぞれ構成される第三・第四遊星歯車機構を具え、
   前記第二線状部材は前記第二プーリに掛けられ、
   前記第三回転部材は、前記第三サンギア、第三遊星ギア、又は第三リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
   前記第四回転部材は、前記第四サンギア、第四遊星ギア、又は第四リングギアのいずれかからトルクが伝達されるように構成され、
   前記駆動モータからのトルクが、さらに、前記第三・第四回転部材にトルクを伝達する前記第三・第四サンギア、第三・第四遊星ギア、又は第三・第四リングギアでない、前記第三サンギア、第三遊星ギア、又は第三リングギアのいずれか及び前記第四サンギア、第四遊星ギア、又は第四リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
   前記第一差動モータからのトルクが、さらに、前記第三・第四回転部材にトルクを伝達する前記第三・第四サンギア、第三・第四遊星ギア、又は第三・第四リングギアでなく、且つ、前記駆動モータからトルクが伝達される前記第三・第四サンギア、第三・第四遊星ギア、又は第三・第四リングギアでない、前記第三サンギア、第三遊星ギア、又は第三リングギアのいずれか及び前記第四サンギア、第四遊星ギア、又は第四リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
   前記アーム部が伸びるときに前記駆動モータからのトルクにより第三・第四回転部材が回転させられ、前記第二線状部材を前記アーム部の伸び量に応じた送出量で送出し、
   前記アーム部が縮むときに前記駆動モータからのトルクにより第三・第四回転部材が回転させられ、前記第二線状部材を前記アーム部の縮み量に応じた引戻量で引戻し、
   前記第一差動モータからのトルクにより、前記第三・第四回転部材を回転させ、前記第二線状部材を送出し及び引戻し、前記第二プーリを前記第一プーリと同じ方向へ回転させるように構成されている、請求項２のロボットアーム装置。
4. 前記ハンド部取付部が、さらに、前記第一かさ歯車の軸に対して平行な軸を中心に回転自在に設けられ、
   前記基体が、さらに、少なくとも１つの第二差動モータを具え、
   前記第二差動モータからのトルクが、前記第一乃至第四回転部材にトルクを伝達する前記第一乃至第四サンギア、第一乃至第四遊星ギア、又は第一乃至第四リングギアでなく、且つ、前記駆動モータからトルクが伝達される前記第一乃至第四サンギア、第一乃至第四遊星ギア、又は第一乃至第四リングギアでない、前記第一サンギア、第一遊星ギア、又は第一リングギアのいずれか、前記第二サンギア、第二遊星ギア、又は第二リングギアのいずれか、前記第三サンギア、第三遊星ギア、又は第三リングギアのいずれか、及び前記第四サンギア、第四遊星ギア、又は第四リングギアのいずれかに伝達されるように構成され、
   前記第二差動モータからのトルクにより、前記第一乃至第四回転部材をそれぞれ回転させ、前記第一・第二線状部材を送出し又は引戻し、前記第一プーリと第二プーリを互いに異なる方向へ回転させるように構成されている、請求項３のロボットアーム装置。
5. 前記駆動モータからのトルクにより、前記アーム部を伸縮させるように構成されている、請求項１から４のいずれかのロボットアーム装置。
6. 前記アーム部が、前記基体と手首部の間に、第一プレートと第二プレートを具え、
   前記第一プレートが、前記駆動モータからのトルクにより回転するように構成されている、内径側にねじが設けられた中空の第一ナット部材を具え、
   前記第二プレートが、前記第一ナット部材の内径側のねじに螺合する棒状の第一ねじ部材を具え、
   前記第一ナット部材が回転することにより、前記第二プレートが第一プレートに対して離間し又は接近するように構成されている、請求項５のロボットアーム装置。
7. 前記アーム部が、前記手首部と第二プレートの間に第三プレートをさらに具え、
   前記第二プレートが、前記駆動モータからのトルクにより回転するように構成されている、内径側にねじが設けられた中空の第二ナット部材を具え、
   前記第三プレートが、前記第二ナット部材の内径側のねじに螺合する棒状の第二ねじ部材を具え、
   前記第二ナット部材が回転することにより、前記第三プレートが第二プレートに対して離間し又は接近するように構成されている、請求項６のロボットアーム装置。

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