JP4125513B2

JP4125513B2 - 人型ロボットアーム

Info

Publication number: JP4125513B2
Application number: JP2001379413A
Authority: JP
Inventors: 聖星野; 一郎川渕
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003175484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアシリンダがアーム内にコンパクトに内蔵された新しい機構からなる７自由度の人型ロボットア−ムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧は、油圧と比べて取り扱いが容易かつ安全なため、人間と協調作業をするロボットア−ムの動力源として有用である。しかしながら、空気圧は油圧と比べて圧力がかなり低いため、大きな出力を得るためには直径およびストロ−クの大きなエアシリンダを必要とする。しかし、そのような大きなエアシリンダを大きさや運動可動域が人間並みの人型ロボットア−ムに内蔵することは困難であり、また大きなエアシリンダをアーム内に収納したとしてもそれがア−ム内の空間の大部分を占有することによって、ア−ムの屈伸運動や電装品等の収納に支障を来しやすい等の問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、従来のロボットア−ムでは、エアシリンダからなる駆動機構をア−ムの外部に設け、ワイヤ・プ−リ機構で動力を手先まで伝達する手法が取られてきた。この手法では、駆動機構のための大きな占有空間を必要とし、機構全体の重量がかさみ、さらにワイヤの伸びや摩擦による運動精度や効率の低下が避けられない。
【０００４】
そこで、本発明は、空気圧によって駆動される関節駆動用アクチュエータ（エアシリンダ）の配置、および駆動する関節への動力の伝達機構の検討を行い、エアシリンダがアーム内にコンパクトに内蔵された７自由度の人型ロボットア−ムを提供することにより、上記問題点を解決することを目的とする。
【０００５】
本発明は、エアシリンダ自体に高い強度を持たせ、ア−ムの上腕節、前腕節の軸にエアシリンダを組み込み、上腕節および前腕節の構造部材の大部分をそのエアシリンダで兼用する内骨格構造を採用する。そして、そのエアシリンダの直線運動を軸線回りの回転運動に変換するコンパクトな送りねじ機構を採用し、棒状の内骨格に相当する機構のみで、上腕節および前腕節における±９０度のねじり運動可動域を実現する。また、腕節のねじり以外の運動である手首、肘、肩関節の回転運動のために、エアシリンダの出力を効率的に関節へ伝達するリンク機構を採用し、エアシリンダのコンパクトで適切な配置と共に、それらの関節の大きな運動可動域を実現する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
肩関節と、上腕節と、肘関節と、前腕節と、手首関節とから構成され、空気圧により駆動される７自由度人型ロボットアームにおいて、関節駆動用アクチュエータとしてのエアシリンダを、上腕節または前腕節のうち少なくとも一方の内骨格として使用するとともに、前記上腕節および前腕節それぞれの軸線回りのねじり運動を実現するジョイントは、その節の中央に配置され、節の構造部材の一部を兼ねるエアシリンダのロッドの伸縮運動により駆動される送りねじ機構を内蔵することを特徴とする人型ロボットアームである。
また、前記送りねじ機構は、円筒空間の内壁にらせん状のカム溝を有するカム部材と、このカム部材の円筒空間内に挿入されてカム溝に嵌合し、かつ前記エアシリンダのロッド先端に取り付けられるカムフォロアより構成されることを特徴とする人型ロボットアームである。
また、、前記エアシリンダのロッドは、前記カム部材の円筒空間内に納まる回転防止ガイドにより、エアシリンダに対してその軸線回りの回転運動が防止された状態で伸縮すべく構成されていることを特徴とする人型ロボットアームである。
また、前記上腕節および前腕節それぞれを、前記ねじり運動用のジョイントを挟んで連結される二つの節から構成し、一方の節に前記エアシリンダを、他方の節に前記カム部材を配置し、エアシリンダを作動させてロッドを伸縮させることによりカムフォロアを介してカム部材を回転し、その結果上腕節および前腕節それぞれを軸線回りにねじり運動させることを特徴とする人型ロボットアームである。
また、前記エアシリンダ、軸線回りのねじり運動を実現するジョイント、回転防止ガイドは同軸線上に配置し、互いの円筒部を重ねて構成したことを特徴とする人型ロボットアーム。
【０００７】
【実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態としての人型ロボットハンドの構成を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は人型ロボットア−ムの右腕全体像を示す図、図２は人型ロボットアームを人型ロボットの胴体部および人型ロボットハンドと結合し両腕両手を有する人型ロボットを構成した全体像の図、図３は人型ロボットアームにおける７個のジョイントの配置および公称名を示す図、図４は人型ロボットアームの各ジョイントの運動可動範囲を示す図である。以下、人型ロボットアームの全体構成およびその作動を説明したのち、各部材の詳細構成をそれぞれに対応した詳細図を参照しながら説明することとする。
【０００９】
図１において、人型ロボットアームは、肩関節１と、この肩関節１に接続された上腕節２と、上腕節２に接続された肘関節３と、肘関節３に接続された前腕節４と、前腕節４に接続された手首関節５とから構成されており、前記ロボットアームは、図２に示すように人型ロボットの胴体部Ｄおよび人型ロボットハンドＨと結合し両腕両手を有する人型ロボットとして構成される。
人型ロボットアームは、肩関節１において、図３に示すようにジョイントＪ₁、Ｊ₂によって上腕節２が図中、上下左右に揺動できる構成となっており、また上腕節内においてジョイントＪ₃によって上腕節２がその軸線回りに回転できる構成となっている。
【００１０】
また人型ロボットアームは、肘関節３において、図３に示すようにジョイントＪ₄によって前腕節４が上腕節２に対して図中上下に揺動きる構成となっており、また前腕節４内においてジョイントＪ₅によって前腕節４がその軸線回りに回転できる構成となっている。
さらに同人型ロボットアームは、手首関節５においてジョイントＪ₆によって図中、上下に、またジョイントＪ₇によって人型ロボットハンドが左右に揺動できる構成となっている。人型ロボットアームの肩から背後方向には、図１に示すように前記ジョイントＪ₁、ジョイントＪ₂を中心に上腕節２を上下左右に作動させるための二個のエアシリンダＡ１、Ａ２の一端側が支持部材２０によって支持された状態で配置されている。
【００１１】
また、上腕節２および前腕節４内のそれぞれには、上腕節２および前腕節４を前記ジョイントＪ₃およびジョイントＪ₅を中心に軸線回りに回転させるためのエアシリンダＡ３、Ａ５が組み込まれており、各エアシリンダＡ３、Ａ５を作動させることによって、上腕節２あるいは前腕節４をジョイントＪ₃、ジョイントＪ₅部分で軸線回りに回転作動させることができる。
【００１２】
なお、本ロボットアームで使用する全てのエアシリンダは、ロッドの往復運動においていずれの方向にも同様の出力を発揮できなければならないので、複動型を採用する。さらに、出力の円滑で微妙な調整を可能としたり、外部から力を与えることによりア−ムを動かせられるバックドライバビリティ機能を実現するために、ロッドの往復運動における摺動抵抗が出来る限り小さいものを採用する。図４に、上記肩関節、肘関節、手首関節内に配置されるジョイントＪ₁、Ｊ₂、Ｊ₄、Ｊ₆、Ｊ₇、及び上腕節、前腕節内に組み付けられるジョイントＪ₃、ジョイントＪ₅の運動可動範囲を示す。
【００１３】
次に、上腕節２および前腕節４のジョイントＪ₃、Ｊ₅において前記エアシリンダＡ３、エアシリンダＡ５によって軸線回りのねじり運動を実現するコンパクトな内骨格機構について説明する。図５は前腕節４を構成する手首側の節を軸線を中心に回転させるための前記ジョイントＪ₅を含む前腕節内の骨格構成を説明する斜視図、図６は同前腕節内の骨格構成を説明する分解図、図７は前腕節内に配置する送りねじ機構の分解説明図、図８は前腕節の平面図および同図中のＡ−Ａ断面図、図９は図８中のＢ−Ｂ部拡大断面図、図１０は図８中のＣ部拡大図である。なお、上腕節のジョイントＪ₃を含む骨格構成は、内骨格機構の形状が若干異なる点もあるが、基本的骨格構成は前腕節と同様であるので以後は前腕節の内骨格機構を代表に取り上げて説明する。
【００１４】
〔前腕節の内骨格を兼ねるエアシリンダＡ５の配置〕
図６において、前腕節４は軸線回りのねじり運動を実現するために、前腕節を肩側の節６と手首側の節７の２節に分割し、それらの節６、７は前述した軸線回りのジョイントＪ₅を作動するエアシリンダＡ５を介して連結されている。具体的には、エアシリンダＡ５の作動によりロッドが伸縮し、肩側の節６に対して手首側の節７がジョイントＪ₅において軸線回りに回転できる構成となっており、エアシリンダＡ５はロッド１３およびシリンダチューブ１６とから構成される。手首側の節７にはギヤ８が固定されており、また肩側の節６には前記ギヤ８と噛み合うギヤ９ａを有するエンコーダ９が配置され、肩側の節６に対する手首側の節７の回転角度を検出できる構成となっている。
【００１５】
肩側の節６は図６に示すようにジョイントＪ₅を収納可能な筒状をした外側部材１０とその外側部材１０の内部に嵌合固定される円筒状のカム部材（図７参照）１１と、外側部材１０に固定したエンコーダ９およびギヤ９ａとから構成されている。また、手首側の節７は、図７に示すように前記カム部材１１の内部に嵌合する回転防止ガイド１２と、回転防止ガイド１２内に組み付けられるカムフォロア１４（図７参照、詳細は後述する）と、回転防止ガイド１２に取り付けられた前記ギヤ８と、前記カムフォロア１４に固定されるロッド１３と、ロッド１３を前後に移動自在に作動するシリンダチューブ１６とから構成されている。前記構成からなる手首側の節７は、図６に示すように二個のベアリング１５によって肩側の節６を構成する外側部材１０内に回転可能に組み付けられる。
【００１６】
そして、前述した肩側の節６および手首側の節７の、いずれか一方の節には、前記ジョイントＪ₅を駆動するためのエアシリンダＡ５のシリンダチュ−ブ１６を使用する。なお、本例ではエアシリンダＡ５のシリンダチューブ１６を手首側の節７の構成要素として使用しているが、肩側の節６の構成要素にエアシリンダＡ５のシリンダチューブを使用することも可能である。
【００１７】
前記シリンダチュ−ブ１６は、前腕節の内骨格を兼ねさせるために、出力が十分であるだけでなく、シリンダチュ−ブ１６の大きさや強度が十分なエアシリンダＡ５を選定し、そのシリンダチュ−ブ１６が手首側節の内骨格の一部となる様に配置する。即ち、腕機構の重量を支持するのに必要な肩関節や肘関節におけるモ−メントを軽減する観点から、前記ジョイントＪ₅を駆動するための駆動機構よりエアシリンダの方が密度が低い（重量が軽い）ので、エアシリンダＡ５のシリンダチューブを手首側の節の構成要素とし、駆動機構を肩側の節６へ配置することが望ましい。
【００１８】
さらに、エアシリンダＡ５のシリンダチュ−ブ１６の両端にはチュ−ブを塞ぎかつエア入出口を設けるためのブロック１７、１８が配置されており、そのブロック１７、１８の形状を工夫して、駆動機構の接続部や後述する手首機構の取り付け部を兼ねさせることにより、手首側の節７のほぼ全てをシリンダチュ−ブ１６と一体化している。また、手首側の節７には手首側の節と同軸にギヤ８が固定されており、それと噛み合うギヤ９ａを有するエンコーダ９を肩側の節６に配置することにより、両節間のねじり角を測定できるようにしてある。
【００１９】
次に、ジョイントＪ₅で手首側の節７を肩側の節６に対して軸線回りに回転させる駆動機構を説明する。
〔駆動機構〕
ジョイントＪ₅の駆動機構は送りねじ機構によって構成されている。この送りねじ機構はエアシリンダＡ５のロッド１３の直線運動をねじり運動に変換して前述のジョイントＪ₅を駆動するものであり、構造が単純かつ円柱形状であるために棒状をした肩側の節６内に組み込まれている。すなわち、肩側の節６を構成する外側部材１０内には図７に示す螺旋状のカム溝１１ａが形成されたカム部材１１が固定される。このカム部材１１内には図７に示すように手首側の節７を構成する回転防止ガイド１２が嵌合し、さらに回転防止ガイド１２内にはエアシリンダＡ５のロッド１３が配置され、ロッド１３の先端に固定したカムフォロア１４が回転防止ガイド１２に形成した長孔１２ａを介してカム部材１１のカム溝１１ａに係合する構成となっている（詳細は後述する）。この構成により、エアシリンダＡ５に供給したエアによって前記カムフォロア１４を固定したロッド１３を軸方向の前後に直線運動させると、カム部材のカム溝１１ａの作用によりカムフォロアを介して手首側の節を構成するシリンダチューブ１６がロッド１３とともに軸線回りに回転する。こうして両節間のねじり運動を実現する。
【００２０】
ところで、本ロボットアームに採用するエアシリンダＡ５は、軽量かつロッド１３の摺動抵抗が小さいことが望ましいので、そのような性能の物が製作し易い構造、すなわち円筒形のシリンダチュ−ブ１６とシリンダチューブ１６に嵌合する円柱形のピストン１３ａ（図８参照）およびピストン１３ａに固定されるロッド１３から構成される構造のものとする。この場合、そのロッド１３は、エアシリンダＡ５の軸上を直線運動するだけでなく、軸線回りのねじり運動も自由に構成されている。ところが、送りねじ機構を機能させるためには、ロッド１３の先端に固定するカムフォロアが手首側の節７に対して軸線回りのねじり運動をしてはならないので、そのねじり回転を防ぐために次のようなガイド機構が付与されている。
【００２１】
図７において、前記カム部材１１の内側に、それとわずかな隙間を取って接触しないように収まる円筒状をした回転防止ガイド１２が配置される。詳細には、図７に示すように螺旋状のカム溝１１ａが形成されたカム部材１１に回転防止ガイド１２が接触しないように挿入され、回転防止ガイド１２はシリンダチューブ１６の端部に対して、互いの相対回転が禁止されるように固定され、また回転防止ガイド１２にはエアシリンダＡ５のロッド１３に固定したカムフォロア１４が突出する長孔１２ａが形成されている。前記長孔１２ａは回転防止ガイド１２の軸方向に平行に形成されいる。
【００２２】
前記カムフォロア１４は回転防止ガイド１２の長孔１２ａを貫通した状態でさらに前記カム部材１１に形成したカム溝１１ａに嵌合する構成となっている。そしてカムフォロア１４は、回転防止ガイド１２およびカム部材１１との摺動抵抗を小さくするために軸が同一でそれぞれが自由に回転する２重のカムフォロワとして構成されている。より詳細には図９に示すようにカムフォロア１４の軸に二個のベアリング１４ａ、１４ｂが組付けられており、カムフォロア１４が回転防止ガイド１２、およびカム部材１１に対して円滑に移動することができる構成となっている。
【００２３】
上記構成により、エアシリンダＡ５の作動時に、回転防止ガイド１２に形成した長孔１２ａが直線運動用ガイドとなり、エアシリンダのロッド１３に負荷をかけずにロッド１３のねじり回転を防止することができる。従って、回転防止ガイド１２を構成する円筒の剛性を出来る限り高くするために、前記カム部材１１の内壁とロッド１３外壁との間の空間をほぼ埋めるように構成する。
以上の構成により、剛性が高く、またロッドの摺動抵抗が小さくて効率の高い、コンパクトなジョイントＪ₅の駆動機構が得られる（図７〜図１０参照）。
【００２４】
〔肘、肩関節駆動機構〕
肘関節および肩関節の回転運動を実現するコンパクトな駆動機構について説明する。本駆動機構は、肩関節のジョイントＪ₁，Ｊ₂と、肘関節ジョイントＪ₄に用いられ、それぞれ機構の形状が若干異なるが、特に説明を大きく変えなければならない差異はないので、まず肘関節のジョイントＪ₄の駆動機構を代表に取り上げて説明する。
【００２５】
図１１において、エアシリンダや油圧シリンダを問わず、直動アクチュエ−タで関節を駆動するための一般的な機構は、その関節で連結される二つの節上にそれぞれ設けられたジョイントを、直動アクチュエ−タを介して連結し、両ジョイント間の距離を直動アクチュエ−タの出力で増減させてその関節を回転させる構造を採用している。しかし、この機構形式では、大きな回転角を実現するためには、伸縮ストロ−クの長いアクチュエ−タが必要となり、また、ある一定の回転トルクを発生する場合に、関節の回転角の変化に対して直動アクチュエ−タが発揮すべき発生力が大きく変動する点が問題である。小さくても極めて大きな力を発生できる油圧シリンダで駆動する場合なら、それが発生すべき力が大きくなることを許す代わりに、機構全体を相似的に縮小することで組み込み可能である。しかし、大きさの割りには発生力の小さいエアシリンダで駆動しなければならない場合は、本機構形式は不適切である。そこで、エアシリンダのストロ−クと発生力を出来る限り効率的に肘関節の駆動仕事へ変換するための、次に述べる４節リンク機構を付与する。
【００２６】
図１２は肘関節のジョイントＪ₄を中心に肘関節の回転運動を行うため駆動機構の説明図である。エアシリンダＡ４を、肘関節が曲がる際に輪郭線の長さが伸びる側に配置し、そのシリンダチューブ１６上の一端を上腕節を構成する手首側の節にジョイントＰ_4,1で連結する。そのロッドの先端のジョイントＰ_4,2と、前腕節上のジョイントＰ_4,3との間に、リンクＬ_4,2を挿入し、リンクＬ_4,2で連結する。また、リンクＬ_4,1は、一端を上腕節側とジョイントＰ_4,4で連結し、他端をロッド先端とジョイントＰ_4,2で連結する。ここで、リンクＬ_4,1、Ｌ_4,2の長さと、各節におけるジョイントＰ_4,3、Ｐ_4,4の固定位置を、肘関節が曲がる際にリンクＬ_4,2が肘関節の外側を回り込んで運動するように決定する（図１２参照）。本機構により、エアシリンダＡ４のロッドの運動がリンクＬ_4,2を介して関節を回転させる方向の運動に近くなるように変換されて前腕節に伝達されるので、エアシリンダＡ４のストロ−クが効率的に回転運動に変換され、またその発生力が効率的に回転力に変換されることになる。
【００２７】
次に、肩関節のジョイントＪ₁、Ｊ₂の駆動機構について簡潔に述べる。図１３はジョイントＪ₁、ジョイントＪ₂を中心に肩関節の回転運動を行うため駆動機構の説明図である。この駆動機構は前述した肘関節を曲げるためのエアシリンダＡ４による駆動機構と同様であり、二つのエアシリンダＡ１およびＡ２の一端はロボットの肩より後方に延長して配置される支持部材２０に固定され、他端側が肘関節と同様な構成からなるリンク機構に接続される。
【００２８】
具体的にはエアシリンダＡ１のロッドの先端のジョイントＰ_2,2と、上腕節上のジョイントＰ_2,3との間に、リンクＬ_2,2を挿入し、リンクＬ_2,2で連結する。また、リンクＬ_2,1は、一端を肩関節側とジョイントＰ_2,4で連結し、他端をロッド先端とジョイントＰ_2,2で連結する。ここで、リンクＬ_2,1、Ｌ_2,2の長さと、各節におけるジョイントＰ_2,3、Ｐ_2,4の固定位置を、肘関節が曲がる際にリンクＬ_2,2が肩関節の外側を回り込んで運動するように決定する。同様にエアシリンダＡ２もリンク機構を介して上腕節に接続されるが、その構成はジョイントＪ₂と同様であるので詳細についての説明は省略する。ただし、肩関節では、二つの関節が直交し、その駆動機構が集中するので、構造が多少複雑となる。
【００２９】
本ロボットハンドでは、肩から手首に向かって存在する機構の重量を補償するためのカウンタウエイトの機能をエアシリンダＡ１、Ａ２に与えるために、両エアシリンダを腕の反対側に突出するように配置している。なお、これは本駆動機構の配置の一例であり、必要であればエアシリンダをロボットの胴体の側面に沿うように配置するなどの変更が容易に可能である。
【００３０】
〔手首機構〕
手首関節の回転運動を実現するコンパクトな駆動機構について説明する。図１４は手首関節駆動機構の斜視図および分解斜視図であり、図１５は同駆動機構の上面図、側面図、斜視図である。本駆動機構は、２つのジョイントＪ_{6 ,}Ｊ₇の軸を前腕節の中心軸上の１点で直交させながら機構をコンパクトにまとめるための工夫がなされている。
【００３１】
ジョイントＪ₆とジョイントＪ₇の運動を分離するために、前腕節と人型ロボットハンドの間に中間節としての手首関節５を付与し、ジョイントＪ₆の運動を前腕節と手首関節５の間の回転運動とし、ジョイントＪ₇の運動を手首関節５とロボットハンドの間の回転運動とする（図１４、図１５参照）。手首関節５の形状を図示のように前腕節の軸方向に見て井桁形とし、二つの関節Ｊ₆，Ｊ₇の軸が前腕節の中心軸上の一点で直交するように、各ジョイント用のベアリング２２、２３を井桁形の４辺上に配置するとともに、各構造材の運動領域を確保する。
【００３２】
さらに、この井桁状の手首関節５の中心部に予備の空間を取り、人型ロボットアームと人型ロボットハンドを連結する配線等を通す空間とする。ただし図１４では、各ジョイントの各変位を測定するためにのエンコーダのうち、ジョイントＪ₆のエンコーダ２４をその空間に配置した場合を示している。
手首関節５の運動可動域は、肩関節や肘関節に比べてあまり大きくなくてもよい（図４参照）。そこで、機構を単純化する観点から、駆動機構の形式を前述した図１１に示す一般的なものとする。即ち、それぞれの関節において、関節で連結される二つの節上にそれぞれジョイントを設け、それらをエアシリンダで連結し、両者間の距離をエアシリンダのロッドの運動で増減させてその関節を回転させる。
【００３３】
以上のように、上記本発明に係る実施形態では、エアシリンダをアーム内に内蔵することにより、７自由度を有しながら、コンパクトな人型ロボットア−ムを構成することができた。
なお、ロボットアームを構成する材料や、各部材の部品形状などは本発明の範囲内において適宜設計変更することが可能である。
また本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、エアシリンダ自体に高い強度を持たせ、ア−ムの上腕節、前腕節の軸にエアシリンダを組み込み、上腕節および前腕節の構造部材の大部分をそのエアシリンダで兼用する内骨格構造を採用することにより、コンパクトな人型ロボットアームを構成することができる。また、エアシリンダの直線運動を軸線回りの回転運動に変換するコンパクトな送りねじ機構を採用することにより、上腕節および前腕節における±９０度のねじり運動可動域を実現することができる。また、腕節のねじり以外の運動である手首、肘、肩関節の回転運動のために、エアシリンダの出力を効率的に関節へ伝達するリンク機構を採用し、エアシリンダのコンパクトで適切な配置と共に、それらの関節の大きな運動可動域を実現することができる、等々の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットア−ムの全体像を示す斜視図である。本図は人間の右腕に相当し、左手に相当する腕はこれに対称形となる。
【図２】ロボットア−ムを、人型ロボットの胴体部および人型ロボットハンドと結合し、両腕両手を有する人形ロボットを構成した場合の全体像を示す。
【図３】ロボットア−ムにおける７個関節の配置、および呼び名を示す。
【図４】ロボットア−ムの各関節の運動可動範囲を示す。
【図５】前腕節を軸を中心に回転させるため前記ジョイントＪ₅を含む前腕節内の骨格構成を説明する斜視図である。
【図６】同前腕節内の骨格構成を説明する分解図である。
【図７】前腕節内に配置する送りねじ機構の分解説明図である。
【図８】前腕節の平面図および同図中のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図８中のＢ−Ｂ部拡大断面図である。
【図１０】図８中のＣ部拡大図である。
【図１１】一般的な駆動機構の形式の説明図である。
【図１２】ジョイントＪ₄を中心に肘関節の回転運動を行うため駆動機構の説明図である。
【図１３】ジョイントＪ₁、Ｊ₂を中心に肩関節の回転運動を行うため駆動機構の説明図である。
【図１４】手首関節駆動機構の斜視図および分解斜視図である。
【図１５】同駆動機構の平面図、正面図、斜視図である。
【符号の説明】
１肩関節
２上腕節
３肘関節
４前腕節
５手首関節
６肩側の節
７手首側の節
８ギヤ
９エンコーダ
９ａギヤ
１０外側部材
１１カム部材
１２回転防止ガイド
１３ロッド
１４カムフォロア
１５ベアリング
１６シリンダチューブ
１７、１８ブロック
２０支持部材
Ｊ₁〜Ｊ₇ ジョイント

Claims

肩関節と、上腕節と、肘関節と、前腕節と、手首関節とから構成され、空気圧により駆動される７自由度人型ロボットアームにおいて、関節駆動用アクチュエータとしてのエアシリンダを、上腕節または前腕節のうち少なくとも一方の内骨格として使用するとともに、前記上腕節および前腕節それぞれの軸線回りのねじり運動を実現するジョイントは、その節の中央に配置され、節の構造部材の一部を兼ねるエアシリンダのロッドの伸縮運動により駆動される送りねじ機構を内蔵することを特徴とする人型ロボットアーム。
前記送りねじ機構は、円筒空間の内壁にらせん状のカム溝を有するカム部材と、このカム部材の円筒空間内に挿入されてカム溝に嵌合し、かつ前記エアシリンダのロッド先端に取り付けられるカムフォロアより構成されることを特徴とする請求項１に記載の人型ロボットアーム。
前記エアシリンダのロッドは、前記カム部材の円筒空間内に納まる回転防止ガイドにより、エアシリンダに対してその軸線回りの回転運動が防止された状態で伸縮すべく構成されていることを特徴とする請求項２に記載の人型ロボットアーム。
前記上腕節および前腕節それぞれを、前記ねじり運動用のジョイントを挟んで連結される二つの節から構成し、一方の節に前記エアシリンダを、他方の節に前記カム部材を配置し、エアシリンダを作動させてロッドを伸縮させることによりカムフォロアを介してカム部材を回転し、その結果上腕節および前腕節それぞれを軸線回りにねじり運動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人型ロボットアーム。
前記エアシリンダ、軸線回りのねじり運動を実現するジョイント、回転防止ガイドは同軸線上に配置し、互いの円筒部を重ねて構成したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の人型ロボットアーム。