JP3082325B2 - ロボットハンド用３軸マニプレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンド用３軸
マニプレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】かかるマニプレータの操作により対称物
の位置と姿勢とを制御する場合は、マニプレータのハン
ドが設定された位置及び姿勢になるように各関節の回転
角を制御する必要がある。しかし、ハンドの位置と姿勢
とを任意に設定するためには、冗長を含まない６自由度
の関節が必要となる。従来の６自由度すなわち６軸マニ
プレータは図７に示すアームＡの回転すなわちアームＡ
に平行な軸（図示の例ではアームＡの軸線Ｌ）回りの矢
印方向の回転要素Ｒ（図示する記号）と、図８に示すア
ームＡ、Ａ１に垂直な軸線Ｌ１回りの矢印方向の回転す
なわちピボットＰ（図示する記号）との組合せの間に、
アームＡ又はＡ１が介在する姿をとっている。

【０００３】上述のように、従来の６軸マニプレータ
は、基点に近い（すなわちハンドから遠い）モータ等の
駆動源が、駆動源より先の駆動源とアームを駆動しなけ
ればならない。そのため、ハンドから遠い駆動源ほど大
きい出力が必要となる。また、一般に従来のマニプレー
タは、垂直多関節型ないしは水平多関節型ものがほとん
どである。例えば特表平３−５０２１８２号公報に記載
されているロボット手首関節継手では３つのモータがハ
ウジング内に収納されて平行に延びる出力軸に歯車装置
が設けられており、大きい出力を必要としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
ハンドに近接して駆動源が設けられ、エンドエフエクタ
（末端効果器）として使用できるロボットハンド用３軸
マニプレータを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のロボットハンド
用３軸マニプレータによれば、基台（１）の中央部には
出力軸（２）が垂直に配置された第３のモータ（Ｍγ）
が設けられ、該出力軸（２）にはユニバーサルジョイン
ト（３）を介してハンド（５）を有するハンド軸（４）
が連結され、前記出力軸（２）と直交する軸線（ｘ、
ｙ）上の基台にそれぞれ第１のモータ（Ｍα）と第２の
モータ（Ｍβ）とが設けられ、該第１のモータ（Ｍα）
の出力軸は上方に突状の第１のガイドレール（６）の一
端に固着され、該第１のガイドレール（６）の他端は基
台（１）の軸線（ｘ）上に枢着され、該第１のガイドレ
ール（６）にはハンド軸（４）がスライドできる第１の
スリット（７）が形成され、第２のモータ（Ｍβ）の出
力軸には、第１のガイドレール（６）の内側に近接して
上方に突状の第２のガイドレール（８）の一端が固着さ
れ、該第２のガイドレール（８）の他端は基台（１）の
軸線（ｙ）上に枢着され、該第２のガイドレール（８）
にハンド軸（４）がスライドできる第２のスリット
（ａ）が形成され、前記ハンド軸（４）は第１および第
２のスリット（７、８）の交着した部分に収められてい
る。

【０００６】

【０００７】

【作用】上記のように構成されたロボットハンド用３軸
マニプレータにおいて、ハンド軸は第１のモータの回転
により回動する第１のスリットにガイドされ、第１のモ
ータの軸線を含む回転する平面内に拘束され、同様に、
第２のモータの軸線を含む回転する平面内に拘束され
る。したがって、ハンド軸は、前記両平面の交差線に位
置し、かつ、第３のモータにより回転される。したがっ
て、ハンド軸は、第１、第２及び第３のモータの軸線回
りの運動を独立、かつ、任意に生成することができる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【０００９】図１には、本発明の概念図が、図７及び図
８に示す回転要素及びピボット要素の符号と記号とによ
り示されている。そして、運動学的には、図２に示すオ
イラー角（α、β、γ）すなわちヨー、ロール、ピッチ
を生成することと等価であり、以下の手段により実現す
る。図３ないし図５において、基台１の中央部には、出
力軸２が垂直に配置された第３のモータＭγが設けら
れ、そのモータＭγの出力軸２には図６にも示すよう
に、ユニバーサルジョイント３を介してハンド軸４の一
端が連結されている。そのハンド軸４の他端には、ヨー
ク状のハンド５が取付けられている。

【００１０】他方、基台１には、出力軸２に直交する軸
線ｘ、ｙ上に、それぞれ第１のモータＭαと第２のモー
タＭβとが設けられている。その第１のモータＭαの出
力軸には、半円弧状の第１のガイドレール６の一端が固
設され、そのガイドレール６の他端は、基台１の軸線ｘ
上に図示しない手段で枢着されている。そして、このガ
イドレール６には、ハンド軸４がスライドできる第１の
スリット７が形成されている。なお、ガイドレール６の
形状は半円弧状に限られるものではなく、楕円状又は矩
形状でもよい。また、第２のモータＭβの出力軸には、
第１のガイドレール６の内側に近接して半円弧状の第２
のガイドレール８の一端が固設され、そのガイドレール
８の他端は、基台１の軸線ｙ上に枢着されている。そし
て、このガイドレール８にも、ハンド軸４がスライドで
きる第２のスリット９が形成され、ハンド軸４は、両ス
リット７、９の交差した部分に収められている。

【００１１】したがって、ハンド軸４は、モータＭαの
回転により回動する第１のスリット７にガイドされ、軸
線ｘを含む回転する平面内に拘束される。また、モータ
Ｍβの回転により回動する第２のスリット９にガイドさ
れ、軸線ｙを含む回転する平面内に拘束される。したが
って、ハンド軸４は、軸線ｘ、ｙを含む回転する平面の
交差線に位置し、ユニバーサルジョイント３の中心点す
なわち基点Ａの回りに１８０度任意の方向へ回動するこ
とができ、かつ、ハンド軸４は、第３のモータＭγで回
転される。このようにしてハンド５は球面座標上の任意
の位置において任意の姿勢をとることができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ハンド軸は、軸線ｘ、ｙ及びｚの３軸回り
の運動をそれぞれ独立、かつ任意に生成することがで
き、ヨー、ロール、ピッチの合成された姿勢を同時、か
つ、動的に制御することができ、エンドエフェクタを実
現することができる。

【００１３】また、ハンドの姿勢制御のために基点Ａに
近い駆動源すなわちモータＭα、Ｍβ及びＭγが、基点
Ａより遠いハンド及びハンド軸を駆動する必要がなくな
る上、公知の垂直多関節型３軸マニプレータの先端に取
付けることにより、ハンドの先端の姿勢を任意に制御す
ることが可能となり、６軸マニプレータと同様なマニプ
レータが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念図。

【図２】本発明の運動学的なオイラー角を説明する図
面。

【図３】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図４】図３の側面図。

【図５】図３の上面図。

【図６】ユニバーサルジョイント回りを示す斜視図。

【図７】回転の概念を説明する斜視図。

【図８】ピボットの概念を説明する図面。

【符号の説明】

Ａ・・・基点 Ｍα・・・第１のモータ Ｍβ・・・第２のモータ Ｍγ・・・第３のモータ Ｐ・・・ピボット Ｒ・・・回転要素 １・・・基台要素 ２・・・出力軸 ３・・・ユニバーサルジョイント ４・・・ハンド軸 ５・・・ハンド ６・・・第１のガイドレール ７・・・第１のスリット ８・・・第２のガイドレール ９・・・第２のスリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−102493（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−9115（ＪＰ，Ｕ) 特表 平３−502182（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 17/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台（１）の中央部には出力軸（２）が
   垂直に配置された第３のモータ（Ｍγ）が設けられ、該
   出力軸（２）にはユニバーサルジョイント（３）を介し
   てハンド（５）を有するハンド軸（４）が連結され、前
   記出力軸（２）と直交する軸線（ｘ、ｙ）上の基台にそ
   れぞれ第１のモータ（Ｍα）と第２のモータ（Ｍβ）と
   が設けられ、該第１のモータ（Ｍα）の出力軸は上方に
   突状の第１のガイドレール（６）の一端に固着され、該
   第１のガイドレール（６）の他端は基台（１）の軸線
   （ｘ）上に枢着され、該第１のガイドレール（６）には
   ハンド軸（４）がスライドできる第１のスリット（７）
   が形成され、第２のモータ（Ｍβ）の出力軸には、第１
   のガイドレール（６）の内側に近接して上方に突状の第
   ２のガイドレール（８）の一端が固着され、該第２のガ
   イドレール（８）の他端は基台（１）の軸線（ｙ）上に
   枢着され、該第２のガイドレール（８）にハンド軸
   （４）がスライドできる第２のスリット（ａ）が形成さ
   れ、前記ハンド軸（４）は第１および第２のスリット
   （７、８）の交着した部分に収められていることを特徴
   とするロボットハンド用３軸マニプレータ。