JP4397805B2 - Joint structure and robot arm - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットアーム等の機械装置の関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームに関する。   The present invention relates to a joint structure of a mechanical device such as a robot arm and a robot arm including the joint structure.

従来、多関節のロボットアームでは関節を駆動するアクチュエータを関節部やその近傍に配設する構造が通常であるが、このような構造では人間型アームの手首等の手先に近い部分に重量の大きいモーター等が配設されることになることから手先の慣性が大きくなり、手先の位置制御性能向上の障害となったり、衝突時に大きな衝撃を与えることになり、安全面で考慮しなければならない。   Conventionally, a multi-joint robot arm usually has a structure in which an actuator for driving the joint is arranged at or near the joint. However, in such a structure, a portion close to the hand, such as a wrist of a humanoid arm, is heavy. Since a motor or the like is disposed, the inertia of the hand increases, which impedes improvement of the position control performance of the hand, or gives a large impact at the time of a collision, which must be considered in terms of safety.

このような問題に対し、駆動する関節から根元に近い部分にアクチュエータを離して配設し、ワイヤにより駆動力を伝達するワイヤ駆動方式のロボットアームが開発されている。ワイヤ駆動方式のロボットアームは、手先を軽量に構成できるため、高速駆動が可能である等、優れた特徴を有している。   In order to solve such problems, a wire-driven robot arm has been developed in which an actuator is disposed apart from a joint to be driven and is located near the base, and a driving force is transmitted by a wire. The wire-driven robot arm has excellent features such as high-speed driving because the hand can be made lightweight.

しかし、ワイヤ駆動方式のロボットアームでは、より手先側の慣性を小さくするために、アームが取り付けられた基盤部である胴体部にアクチュエータを配設し、手首部を駆動する場合など、ワイヤの取り回し距離を長くする場合、人間型アームの肘等、途中で関節を越えてワイヤを配設する必要が生じる。この場合、途中にある関節の運動が駆動されると、ワイヤの経路長が変化する等し、ワイヤにより駆動される手首などの先の部分の関節の運動が影響を受けてしまうという問題が生じる。   However, in a wire-driven robot arm, in order to reduce the inertia on the hand side, an actuator is arranged on the body, which is the base to which the arm is attached, and the wire is routed when driving the wrist. When the distance is increased, it is necessary to dispose the wire across the joint on the way, such as the elbow of a humanoid arm. In this case, when the motion of the joint in the middle is driven, the path length of the wire changes, and the problem arises that the motion of the joint of the tip part such as the wrist driven by the wire is affected. .

この問題に対しては、特許文献1において、関節の回転中心と偏位するように配設された一対のガイドプーリを有する構成が開示されている。また、特許文献2において、関節の運動に伴い回転中心が回転運動するワイヤガイドプーリを有する構成が開示されている。   For this problem, Patent Document 1 discloses a configuration having a pair of guide pulleys disposed so as to deviate from the rotation center of the joint. Patent Document 2 discloses a configuration having a wire guide pulley whose center of rotation rotates with the movement of a joint.

特許第3290709号公報Japanese Patent No. 3290709 特公平6−77914号公報Japanese Patent Publication No. 6-77914

しかしながら、上記特許文献1および上記特許文献2の構成は、ともに、関節軸付近をワイヤが通過する構造であるため、関節軸付近に、関節を動作させるための歯車や、関節角度を測定するためのエンコーダ等を設置しなければならない場合、これらの構造を採ることはできない。   However, since the configurations of Patent Document 1 and Patent Document 2 both have a structure in which a wire passes near the joint axis, the gear for operating the joint and the joint angle are measured near the joint axis. These structures cannot be adopted when an encoder or the like must be installed.

本発明の目的は、上記従来の関節機構の課題を解決し、関節軸付近にワイヤを通すことなく、関節の動きに影響を受けず駆動力を伝達することが可能な関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional joint mechanism, and to provide a joint structure capable of transmitting a driving force without being affected by joint movement without passing a wire near the joint shaft and the joint It is to provide a robot arm provided with a structure.

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

本発明の態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、第3構造体と、上記第1構造体と上記第2構造体を相対回転可能に接続する第1回転関節と、上記第1回転関節の回転軸と回転軸が直交し、上記第2構造体と上記第3構造体を相対回転可能に接続する第2回転関節と、(それぞれの)一端が上記第1構造体と相対回転可能に接続され、かつ上記第2構造体と(それぞれ)平行に配設された(一対の)第1平行リンクと、(それぞれの)一端が上記第2構造体と相対回転可能に接続され、(それぞれの)他端が上記第1平行リンクの他端と相対回転可能に接続され、かつ上記第1構造体と(それぞれ)平行に配設された(一対の)第2平行リンクと、上記第1構造体と上記第1平行リンクの接続部分に相対回転可能に(それぞれ)配設された(一対の)第1回転ガイドプーリと、上記第1平行リンクと上記第2平行リンクの接続部分に相対回転可能に(それぞれ)配設された(一対の)第2回転ガイドプーリと、上記第1回転ガイドプーリ、上記第2回転ガイドプーリ、上記第構造体の順に(それぞれ)渡され、上記第3構造体に(それぞれの)一端が固定された(一対の)ワイヤと、上記第1構造体に備えられて、上記(一対の)ワイヤの(それぞれの)他端が固定されて上記ワイヤを(それぞれ)駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記第2構造体に対して上記第3構造体を相対的に回転させるワイヤ駆動装置とを有することを特徴とする関節構造体を提供する。 According to the aspect of the present invention, the first structure, the second structure, the third structure, the first rotary joint that connects the first structure and the second structure so as to be relatively rotatable, interlinked rotary shaft and the rotation shaft of the first rotating joint is straight, a second rotary joint that relatively rotatably connecting the second structure and the third structure, (each) end of the first structure body and is relatively rotatably connected, and the second structure and the (respectively) disposed in a flat row (of the pair) and the first parallel link, (each) end rotates relative and the second structure is connected, the (each) the other end is connected rotatably other end relative to the first parallel link, and disposed on said first structure and (respectively) flat row (a pair of) 2 parallel links, and a relatively rotatable (respectively) disposed on the connecting portion of the first structure and the first parallel link. (A pair of) first rotation guide pulleys, (a pair of) second rotation guide pulleys (respectively) disposed so as to be relatively rotatable at a connection portion between the first parallel link and the second parallel link, The first rotation guide pulley, the second rotation guide pulley, and the third structure are passed (respectively) in this order, and (a pair of) wires each having one end fixed to the third structure, Provided in one structure, the (respective) other ends of the (pair) wires are fixed and the wires can be driven (respectively), and the second structure can be driven by driving the wires. And a wire driving device for rotating the third structure relative to each other.

本発明によれば、第1回転ガイドプーリー、第2回転ガイドプーリーによりワイヤーが誘導される構成とすることにより、第1回転関節の回転運動に影響を受けることなく、第1構造体に配設されたワイヤ駆動装置例えばアクチュエータの駆動力を、第1回転関節を越え、ロボットアームの先端側(例えば、手首などの先の部分(例えばハンド))に伝達することが可能となる。   According to the present invention, the wire is guided by the first rotation guide pulley and the second rotation guide pulley, so that the wire is arranged on the first structure without being affected by the rotational motion of the first rotation joint. It becomes possible to transmit the driving force of the wire driving device, for example, the actuator, to the tip side of the robot arm (for example, the tip of the wrist (for example, the hand)) beyond the first rotary joint.

したがって、第2回転関節回りの運動を駆動するワイヤ駆動装置例えばアクチュエータを、ロボットアームの根元側に配設することができ、ロボットアームの先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。   Therefore, a wire driving device, for example, an actuator for driving the movement around the second rotary joint can be disposed on the base side of the robot arm, and the inertia on the tip side of the robot arm is reduced, and control relating to position control and force control is performed. In addition to improved performance, it is possible to operate at high speed. Further, since the inertia is small, the kinetic energy is also reduced, and the safety at the time of collision is improved.

また、第1平行リンク、第2平行リンク、第1構造体、第2構造体により平行リンク構造を構成するため、ワイヤが第1回転関節付近を経由せず、関節構造を簡潔にすることができ、関節などの回転部分の回転角度を検出するエンコーダ等の配設が容易になる。   Further, since the parallel link structure is constituted by the first parallel link, the second parallel link, the first structure, and the second structure, the wire does not pass through the vicinity of the first rotary joint, and the joint structure can be simplified. This makes it easy to dispose an encoder or the like that detects the rotation angle of a rotating part such as a joint.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。   Before describing embodiments of the present invention in detail based on the drawings, various aspects of the present invention will be described below.

本発明の第1態様によれば、第1構造体と、第2構造体と、第3構造体と、上記第1構造体と上記第2構造体を相対回転可能に接続する第1回転関節と、上記第1回転関節の回転軸と回転軸が直交し、上記第2構造体と上記第3構造体を相対回転可能に接続する第2回転関節と、(それぞれの)一端が上記第1構造体と相対回転可能に接続され、かつ上記第2構造体と(それぞれ)平行に配設された(一対の)第1平行リンクと、(それぞれの)一端が上記第2構造体と相対回転可能に接続され、(それぞれの)他端が上記第1平行リンクの他端と相対回転可能に接続され、かつ上記第1構造体と(それぞれ)平行に配設された(一対の)第2平行リンクと、上記第1構造体と上記第1平行リンクの接続部分に相対回転可能に(それぞれ)配設された(一対の)第1回転ガイドプーリと、上記第1平行リンクと上記第2平行リンクの接続部分に相対回転可能に(それぞれ)配設された(一対の)第2回転ガイドプーリと、上記第1回転ガイドプーリ、上記第2回転ガイドプーリ、上記第構造体の順に(それぞれ)渡され、上記第3構造体に(それぞれの)一端が固定された(一対の)ワイヤと、上記第1構造体に備えられて、上記(一対の)ワイヤの(それぞれの)他端が固定されて上記ワイヤを(それぞれ)駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記第2構造体に対して上記第3構造体を相対的に回転させるワイヤ駆動装置とを有することを特徴とする関節構造体を提供する。 According to the first aspect of the present invention, the first rotary joint that connects the first structure, the second structure, the third structure, and the first structure and the second structure so as to be relatively rotatable. When, the rotation axis and the rotation axis of the first rotating joint is interlinked straight, a second rotary joint for connecting the second structure and the third structure relatively rotatably, is the first (respectively) at one end 1 structure and is relatively rotatably connected, and the second structure and is disposed in the (each) flat row (of the pair) and the first parallel link, and (each) end the second structural member is relatively rotatably connected, the (each) the other end rotatably connected to the other end relative to the first parallel link, and said first structure and (respectively) disposed in a flat row (the pair ) The second parallel link and the connecting portion of the first structure and the first parallel link are arranged to be relatively rotatable (respectively). A pair of first rotation guide pulleys, and a pair of second rotation guide pulleys (respectively) disposed so as to be rotatable relative to the connecting portions of the first parallel link and the second parallel link; The first rotation guide pulley, the second rotation guide pulley, and the third structure in order (respectively), and (a pair of) wires each having one end fixed to the third structure; Provided in the first structure, the (respectively) other ends of the (pair of) wires are fixed, the wires can be driven (respectively), and the second structure is achieved by driving the wires. There is provided a joint structure having a wire driving device for rotating the third structure relative to the body.

本発明の第2態様によれば、上記(それぞれの)ワイヤは、上記第1回転ガイドプーリに対して、上記第1回転ガイドプーリの上記第1平行リンクが配設された側から掛けられ、上記第1回転ガイドプーリの上記第2構造体から遠い側から上記第2回転ガイドプーリへと渡され、上記第2回転ガイドプーリに対しては、上記第2回転ガイドプーリの上記第2構造体から遠い側から掛けられ、上記第1回転ガイドプーリの上記第1構造体から遠い側から上記第3構造体へと渡されることを特徴とする第1の態様に記載の関節構造体を提供する。
According to the second aspect of the present invention, the (respective) wires are hung from the side on which the first parallel link of the first rotation guide pulley is disposed, with respect to the first rotation guide pulley. The second rotary guide pulley is passed to the second rotary guide pulley from the side far from the second structure of the first rotary guide pulley, and the second structure of the second rotary guide pulley is passed to the second rotary guide pulley. The joint structure according to the first aspect is provided such that the joint structure is hung from a side far from the first side and passed from the side farther from the first structure of the first rotation guide pulley to the third structure. .

本発明の第3態様によれば、第1又は2の態様に記載の関節構造体と、
上記第3構造体の上記第2回転関節側とは反対側の先端に配置されたハンドとを備えて、
上記ワイヤ駆動装置の駆動により、上記第2構造体に対して、上記第3構造体と上記ハンドが相対的に回転するようにしたことを特徴とするロボットアームを提供する。
According to a third aspect of the present invention, the joint structure according to the first or second aspect;
A hand disposed at the tip of the third structure opposite to the second rotary joint side;
A robot arm is provided in which the third structure and the hand rotate relative to the second structure by driving the wire driving device.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1A及び図1Bは本発明の第1実施形態にかかる関節構造体を示す全体図である。図1A及び図1Bでは、第1実施形態にかかる関節構造体をロボットアーム100に応用した場合を例に構造を示している。
(First embodiment)
1A and 1B are general views showing a joint structure according to a first embodiment of the present invention. In FIGS. 1A and 1B, the structure is shown by way of example in which the joint structure according to the first embodiment is applied to the robot arm 100.

図1A及び図1Bにおいては、1はロッド状の第1構造体であり、ロボットアーム100の上腕部を形成している。2はロッド状の第2構造体であり、ロボットアーム100の前腕部の一部を形成している。第1構造体1と第2構造体2は第1回転関節3により接続されており、第1回転関節3の関節軸3aを中心として第1構造体1と第2構造体2は相対的に正逆回転可能である。一例として、図1Bに示すように、第2構造体2の第1回転関節側端部が二股に分岐した分岐部2aに形成されており、この分岐部2a内に第1構造体1の下端部が挟み込まれて、関節軸3aに対して相対回転自在に接続されるようにしている。   1A and 1B, reference numeral 1 denotes a rod-shaped first structure, which forms the upper arm of the robot arm 100. Reference numeral 2 denotes a rod-shaped second structure that forms part of the forearm of the robot arm 100. The first structure 1 and the second structure 2 are connected by a first rotary joint 3, and the first structure 1 and the second structure 2 are relatively centered on the joint axis 3 a of the first rotary joint 3. Forward and reverse rotation is possible. As an example, as shown in FIG. 1B, the first rotary joint side end of the second structure 2 is formed in a bifurcated branch 2a, and the lower end of the first structure 1 is formed in the branch 2a. The portion is sandwiched so as to be relatively rotatable with respect to the joint shaft 3a.

4−1、4−2は、それぞれ第1駆動装置の一例として第1直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋等の2本の第1直動アクチュエータであり、第1構造体1の上端部に固定された支持板1aに2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2の上端部がそれぞれ固定されている。2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2の下端部が、第2構造体2にそれぞれの基端部が固定された回転ジョイント5−1、5−2の回動端にそれぞれ回転自在に連結されることにより、2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2が第1構造体1と第2構造体2に接続され、第1構造体1と第2構造体2の第1回転関節3における正逆回転運動を駆動する。すなわち、第2構造体2にロッド状の回転ジョイント5−1、5−2の基端部が固定され、当該ジョイント5−1、5−2の先端部に第1直動アクチュエータ4−1、4−2の下端部が回転自在に連結されている。回転ジョイント5−1とジョイント5−2とは、第1回転関節3の回転軸3aに対して対称に配置されている結果、第1直動アクチュエータ4−1の下端部が上昇しかつ第1直動アクチュエータ4−2の下端部が下降すると、第2構造体2は第1回転関節3の回転軸3a回りに時計回りに回動する。一方、逆に、第1直動アクチュエータ4−1の下端部が下降しかつ第1直動アクチュエータ4−2の下端部が上昇すると、第2構造体2は第1回転関節3の回転軸3a回りに反時計回りに回動する。   Reference numerals 4-1 and 4-2 denote two first linear actuators, such as pneumatic artificial muscles, which can constitute a first linear actuator as an example of the first driving device. The upper end portions of the two first linear actuators 4-1 and 4-2 are fixed to the support plate 1 a fixed to the upper end portion. The lower ends of the two first linear actuators 4-1 and 4-2 are respectively connected to the rotating ends of the rotary joints 5-1 and 5-2 whose base ends are fixed to the second structure 2. Two first linear actuators 4-1 and 4-2 are connected to the first structure body 1 and the second structure body 2 by being rotatably connected, and the first structure body 1 and the second structure body The forward / reverse rotational motion of the second first rotational joint 3 is driven. That is, the base end portions of the rod-shaped rotary joints 5-1 and 5-2 are fixed to the second structure 2, and the first linear motion actuator 4-1 is attached to the front ends of the joints 5-1 and 5-2. The lower end of 4-2 is rotatably connected. As a result of the rotary joint 5-1 and the joint 5-2 being arranged symmetrically with respect to the rotary shaft 3a of the first rotary joint 3, the lower end of the first linear actuator 4-1 is raised and the first When the lower end portion of the linear actuator 4-2 is lowered, the second structure 2 rotates clockwise around the rotation axis 3a of the first rotary joint 3. On the other hand, when the lower end portion of the first linear motion actuator 4-1 is lowered and the lower end portion of the first linear motion actuator 4-2 is raised, the second structure 2 is rotated by the rotation shaft 3 a of the first rotary joint 3. Rotate counterclockwise.

6−1、6−2(図1Aでは重なって図示されているが、手前側の第2直動アクチュエータを6−1、奥側の第2直動アクチュエータを6−2とする。)は、それぞれ第2駆動装置(ワイヤ駆動装置)の一例として第2直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋やモータやシリンダ等の2本の第2直動アクチュエータであり、2本の第2直動アクチュエータ6−1、6−2により、第2直動アクチュエータ6−1、6−2の下端にそれぞれの端部が固定されたアーム屈曲用ワイヤー7−1、7−2を引張り駆動する。   6-1, 6-2 (although they are overlapped in FIG. 1A, the second linear actuator on the front side is 6-1 and the second linear actuator on the back side is 6-2). Each of the second linear actuators can be configured as an example of a second driving device (wire driving device), for example, two second linear actuators such as pneumatic artificial muscles, motors, and cylinders. The arm bending wires 7-1 and 7-2 having their respective ends fixed to the lower ends of the second linear motion actuators 6-1 and 6-2 are pulled and driven by the moving actuators 6-1 and 6-2.

上記直動アクチュエータ4−1、4−2、6−1、6−2を構成するそれぞれの空気圧人工筋は、図2に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体15の外表面に繊維コードで構成された拘束部材16が配設され、管状弾性体15の両端部を封止部材17でそれぞれ気密封止する構造となっている。管状弾性体15の一方の端部の封止部材17に設けられた流体注入出部材18を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体15内に供給することにより内圧を管状弾性体15の内部空間に与えると、管状弾性体15が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束部材16の作用により、管状弾性体15の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体15の全長が収縮する。逆に、流体注入出部材18を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体15内から排出することにより管状弾性体15の内部空間の圧力を下げると、管状弾性体15が主に半径方向に収縮しようとするが、拘束部材16の作用により、管状弾性体15の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体15の全長が伸張する。この空気圧人工筋は主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。   As shown in FIG. 2, the pneumatic artificial muscles constituting the linear actuators 4-1, 4-2, 6-1, 6-2 are formed on the outer surface of the tubular elastic body 15 made of a rubber material. A restraining member 16 composed of a fiber cord is provided, and both ends of the tubular elastic body 15 are hermetically sealed with a sealing member 17. By supplying a compressive fluid such as air into the tubular elastic body 15 through a fluid injecting member 18 provided on the sealing member 17 at one end of the tubular elastic body 15, the internal pressure of the tubular elastic body 15 is increased. , The tubular elastic body 15 tends to expand mainly in the radial direction, but is converted into a movement in the central axis direction of the tubular elastic body 15 by the action of the restraining member 16, and the entire length of the tubular elastic body 15 contracts. . Conversely, when the pressure in the inner space of the tubular elastic body 15 is lowered by discharging a compressive fluid such as air from the tubular elastic body 15 through the fluid injecting member 18, the tubular elastic body 15 contracts mainly in the radial direction. However, due to the action of the restraining member 16, the tubular elastic body 15 is converted into movement in the central axis direction, and the entire length of the tubular elastic body 15 is extended. Since this pneumatic artificial muscle is mainly composed of an elastic body, it has a feature that it is a flexible, safe and lightweight actuator.

8−1、8−2はガイド溝8a付き第1回転ガイドプーリーであり、第1構造体1を挟んで対向しかつ第1構造体1の長手方向沿いに第1回転関節3の回転軸3aより第1構造体1の上端部側にずれたそれぞれの位置に配設されており、第1構造体1に固定された回転軸8−1a、8−2a回りにそれぞれ自在に回転運動可能である。図1Aにおいては、奥側の第1回転ガイドプーリー8−2は手前側の第1回転ガイドプーリー8−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Reference numerals 8-1 and 8-2 denote first rotation guide pulleys with guide grooves 8a, which are opposed to each other with the first structure 1 interposed therebetween, and the rotation shaft 3a of the first rotation joint 3 along the longitudinal direction of the first structure 1. Further, they are arranged at positions shifted to the upper end side of the first structure 1, and can freely rotate around the rotation shafts 8-1a and 8-2a fixed to the first structure 1. is there. In FIG. 1A, the first rotation guide pulley 8-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the first rotation guide pulley 8-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B.

9−1、9−2はそれぞれ第2構造体2に平行に配置される第1平行リンクであり、一端が軸受けを介して第1回転ガイドプーリー8−1、8−2の回転軸8−1a、8−2aに回転自在に支持されることにより第1構造体1に回動自在に接続されており、第1構造体1、第1回転ガイドプーリー8−1、8−2に対して相対的に揺動運動可能である。図1Aにおいて奥側の第1平行リンク9−2は手前側の第1平行リンク9−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Reference numerals 9-1 and 9-2 denote first parallel links arranged in parallel to the second structure 2, respectively, and one end of each of the first rotation guide pulleys 8-1 and 8-2 via a bearing is a rotating shaft 8- It is rotatably connected to the first structure 1 by being rotatably supported by 1a and 8-2a, with respect to the first structure 1 and the first rotation guide pulleys 8-1 and 8-2. A relatively swinging motion is possible. In FIG. 1A, the first parallel link 9-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the first parallel link 9-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B.

10−1、10−2は、直径が第1回転ガイドプーリと略等しくかつガイド溝10a付き第2回転ガイドプーリーであり、第1平行リンク9−1、9−2の第1構造体1に接続された端部とは反対の端部に軸受けを介して回転軸10−1a、10−2aによって回転自在に接続されており、回転軸10−1a、10−2a回りに、第1平行リンク9−1、9−2に対し相対的に回転運動可能である。図1Aにおいて奥側の第2回転ガイドプーリー10−2は手前側の第2回転ガイドプーリー10−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Reference numerals 10-1 and 10-2 are second rotation guide pulleys having a diameter substantially equal to that of the first rotation guide pulley and having a guide groove 10a. The first structure 1 of the first parallel links 9-1 and 9-2 A rotating shaft 10-1a, 10-2a is rotatably connected to the end opposite to the connected end through a bearing, and the first parallel link around the rotating shaft 10-1a, 10-2a. Rotation is possible relative to 9-1 and 9-2. In FIG. 1A, the second rotation guide pulley 10-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the second rotation guide pulley 10-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B.

11−1、11−2はそれぞれ第1構造体1に平行に配置される第2平行リンクであり、一端が軸受けを介して第2回転ガイドプーリー10−1、10−2の回転軸10−1a、10−2aに回転自在に支持されることによって第1平行リンク9−1、9−2と回転自在に接続されている。よって、第2平行リンク11−1、11−2は、第1平行リンク9−1、9−2、第2回転ガイドプーリー10−1、10−2に対して相対的に揺動運動可能である。   Reference numerals 11-1 and 11-2 denote second parallel links arranged in parallel to the first structure 1, respectively, and one ends of the rotation shafts 10- of the second rotation guide pulleys 10-1 and 10-2 via bearings. The first parallel links 9-1 and 9-2 are rotatably connected by being rotatably supported by 1a and 10-2a. Therefore, the second parallel links 11-1 and 11-2 can swing relative to the first parallel links 9-1 and 9-2 and the second rotation guide pulleys 10-1 and 10-2. is there.

また、第2平行リンク11−1、11−2のもう一端は、第2構造体2に対して支点11−1a、11−2aの一例としての支点軸に、軸受けを介して回転自在に接続されており、第2構造体2に対して相対的に揺動運動可能である。図1Aにおいて奥側の第2平行リンク11−2は手前側の第2平行リンク11−1の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Further, the other ends of the second parallel links 11-1 and 11-2 are rotatably connected to a fulcrum shaft as an example of the fulcrums 11-1a and 11-2a with respect to the second structure 2 via bearings. Thus, it can swing relative to the second structure 2. In FIG. 1A, the second parallel link 11-2 on the back side is not shown because it is a shadow of the second parallel link 11-1 on the near side, but is shown in FIG. 1B.

上記説明した第1平行リンク9−1、9−2および第2平行リンク11−1、11−2と第1構造体1および第2構造体2とにより、平行リンク構造を構成している。   The first parallel links 9-1 and 9-2 and the second parallel links 11-1 and 11-2 described above and the first structure 1 and the second structure 2 constitute a parallel link structure.

12はロッド状の第3構造体であり、第2回転関節13により第2構造体2と接続されており、第2構造体2の端部から突出した回転軸13aが第3構造体2の凹部内に配置された軸受け13bで回転自在に連結支持されることにより、第2構造体2に対して、第2構造体2の長手方向沿いの回転軸13aまわりに相対的に回転運動可能である。また、第3構造体12の第2構造体側の端部には、アーム屈曲用ワイヤ7−1、7−2の一端がそれぞれワイヤ固定点12a−1、12a−2において固定されている。図1Aにおいて奥側のワイヤ固定点12a−2は、第3構造体12を挟んで手前側のワイヤ固定点12a−1の反対側に位置し、第3構造体12の影となるため図示されていないが、図1Bには図示されている。   Reference numeral 12 denotes a rod-shaped third structure, which is connected to the second structure 2 by the second rotary joint 13, and the rotation shaft 13 a protruding from the end of the second structure 2 is the third structure 2. By being rotatably connected to and supported by a bearing 13b disposed in the recess, the second structure 2 can be rotated relative to the rotation axis 13a along the longitudinal direction of the second structure 2. is there. In addition, one end of the arm bending wires 7-1 and 7-2 is fixed to the end of the third structure 12 on the second structure side at wire fixing points 12a-1 and 12a-2, respectively. In FIG. 1A, the wire fixing point 12a-2 on the back side is illustrated on the opposite side of the wire fixing point 12a-1 on the near side across the third structure 12 and is a shadow of the third structure 12. Although not shown in FIG. 1B.

14は物品等を把持するためのハンドであり第3構造体12の先端に配設されている。   Reference numeral 14 denotes a hand for gripping an article or the like, and is disposed at the tip of the third structure 12.

次に、第1回転ガイドプーリー8−1、第2回転ガイドプーリー10−1に対するアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路について、図6に基づいて説明する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように掛け回されているが(図1B参照)、以下の説明では、ガイド溝については説明を省略する。   Next, the path of the arm bending wire 7-1 with respect to the first rotation guide pulley 8-1 and the second rotation guide pulley 10-1 will be described with reference to FIG. In addition, although it is hung so that a wire may be accommodated in each guide groove with respect to each pulley (refer FIG. 1B), description is abbreviate | omitted about the guide groove in the following description.

第2直動アクチュエータ6−1の下端に一端が固定されたアーム屈曲用ワイヤ7−1は、第1回転ガイドプーリー8−1へと導かれ、第1平行リンク9−1が配設された側から第1回転ガイドプーリー8−1へと架けられ(矢印(1)参照)、第1回転ガイドプーリー8−1を略4分の3周した後、第2回転ガイドプーリー10−1の方へと導かれる(矢印(2)参照)。   The arm bending wire 7-1 having one end fixed to the lower end of the second linear motion actuator 6-1 is led to the first rotation guide pulley 8-1 and the first parallel link 9-1 is disposed. From the side to the first rotation guide pulley 8-1 (see arrow (1)), the first rotation guide pulley 8-1 is rotated about three quarters, and then the second rotation guide pulley 10-1 (See arrow (2)).

第2回転ガイドプーリー10−1に対して、アーム屈曲用ワイヤ7−1は第2構造体2に遠い側から架けられ(矢印(3)参照)、方向を曲げられた後、第3構造体12の方へと導かれた後、ワイヤ固定点12a−1にワイヤ固定ピンなどによって第3構造体12へ固定される。   The arm bending wire 7-1 is hung from the side far from the second structure 2 with respect to the second rotation guide pulley 10-1 (see arrow (3)), and the direction is bent, and then the third structure After being guided toward 12, the wire fixing point 12a-1 is fixed to the third structure 12 by a wire fixing pin or the like.

第1回転ガイドプーリー8−2、第2回転ガイドプーリー10−2に対するアーム屈曲用ワイヤ7−2の経路も、上記のアーム屈曲用ワイヤ7−1の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。   The path of the arm bending wire 7-2 with respect to the first rotation guide pulley 8-2 and the second rotation guide pulley 10-2 is the same as the path of the arm bending wire 7-1. Omitted.

図3は空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。図3において、19は例えばコンプレッサー等の空気圧源、20は空気圧フィルタ20a、空気圧減圧弁20b、及び空気圧用ルブリケータ20cが1組になった空気圧調整ユニットである。21は例えば電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する5ポート流量制御電磁弁である。22は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成された制御コンピュータであり、D/Aボード22aが搭載されており、5ポート流量制御電磁弁21に電圧指令値を出力することにより、それぞれの流体注入出部材18を流れるそれぞれの空気の流量を制御可能とする。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a pneumatic supply driving system for driving the pneumatic artificial muscle. In FIG. 3, 19 is an air pressure source such as a compressor, and 20 is an air pressure adjusting unit in which an air pressure filter 20a, an air pressure reducing valve 20b, and an air pressure lubricator 20c are combined. Reference numeral 21 denotes a 5-port flow rate control electromagnetic valve that controls the flow rate by driving a spool valve or the like with the force of an electromagnet, for example. Reference numeral 22 denotes a control computer constituted by, for example, a general personal computer, which is equipped with a D / A board 22a, and outputs a voltage command value to the 5-port flow rate control solenoid valve 21 so that each fluid can be injected and discharged. The flow rate of each air flowing through the member 18 can be controlled.

図3に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源19により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット20により減圧され、例えば600kPaといった一定圧力に調整され、5ポート流量制御電磁弁21に供給される。5ポート流量制御電磁弁21の開度は、制御コンピュータ22よりD/Aボード22aを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。5ポート流量制御電磁弁21には、一対の空気圧人工筋201−1,201−2の管状弾性体15の流体注入出部材18がそれぞれ接続されている。一対の空気圧人工筋201−1,201−2は支持棒203沿いに大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体15の流体注入出部材18側の端部が、支持棒203の端部に固定された支持板202に固定されている。一対の空気圧人工筋201−1,201−2の管状弾性体15の他方の端部側には、支持棒203に回転関節軸200で回転自在に支持されたT字状の回動部材204が支持され、この回動部材204に一対の空気圧人工筋201−1,201−2の管状弾性体15の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空気圧人工筋201−1,201−2のそれぞれの管状弾性体15が伸縮することにより、回動部材204が回転関節軸200回りに正逆回転駆動される。   According to the air pressure supply drive system shown in FIG. 3, the high pressure air generated by the air pressure source 19 is depressurized by the air pressure adjusting unit 20, adjusted to a constant pressure of, for example, 600 kPa, and supplied to the 5-port flow control electromagnetic valve 21. The The opening degree of the 5-port flow rate control solenoid valve 21 is controlled in proportion to the voltage command value output from the control computer 22 via the D / A board 22a. A fluid injecting member 18 of a tubular elastic body 15 of a pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 is connected to the 5-port flow rate control electromagnetic valve 21, respectively. The pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 are arranged substantially parallel along the support rod 203, and the end of each tubular elastic body 15 on the fluid injection member 18 side is fixed to the end of the support rod 203. The support plate 202 is fixed. On the other end side of the tubular elastic body 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2, a T-shaped rotating member 204 that is rotatably supported by the support rod 203 with the rotary joint shaft 200 is provided. The other end of the tubular elastic body 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 is rotatably supported by the rotating member 204. Therefore, as described below, when the tubular elastic bodies 15 of the pair of pneumatic artificial muscles 201-1 and 201-2 expand and contract, the rotating member 204 is driven to rotate forward and backward around the rotary joint axis 200. .

制御コンピュータ22より正の電圧指令値がD/Aボード22aから5ポート流量制御電磁弁21に入力された場合には、図3に示すように空気圧回路記号のAで示した状態になり、空気圧源21側から空気圧人工筋201−1の管状弾性体15の流体注入出部材18側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋201−1側に供給される。また、空気圧人工筋201−2側は、管状弾性体15の流体注入出部材18から大気圧側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋201−2側から大気中へ排気される。したがって、図3に示すように、空気圧人工筋201−1の全長が縮み、空気圧人工筋201−2の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸200は矢印で示されるように右回転運動を行う。   When a positive voltage command value is input from the control computer 22 to the 5-port flow rate control solenoid valve 21 from the D / A board 22a, the air pressure circuit symbol A is entered as shown in FIG. The flow path from the source 21 side to the fluid injecting member 18 side of the tubular elastic body 15 of the pneumatic artificial muscle 201-1 is opened through the 5-port flow rate control electromagnetic valve 21, and the flow rate is proportional to the absolute value of the voltage command value. Is supplied to the pneumatic artificial muscle 201-1 side. On the pneumatic artificial muscle 201-2 side, the flow path from the fluid injection member 18 of the tubular elastic body 15 to the atmospheric pressure side is opened via the 5-port flow control solenoid valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional air flow is exhausted from the pneumatic artificial muscle 201-2 side to the atmosphere. Therefore, as shown in FIG. 3, the total length of the pneumatic artificial muscle 201-1 is reduced and the total length of the pneumatic artificial muscle 201-2 is extended, so that the joint shaft 200 is indicated by an arrow at a speed proportional to the absolute value of the voltage command value. Perform a clockwise rotation as shown.

一方、制御コンピュータ22より負の電圧指令値がD/Aボード22aから5ポート流量制御電磁弁21に入力された場合には、5ポート流量制御電磁弁21が切り替えられて、空気圧回路記号のBで示した状態になり、空気圧人工筋201−2の動作は逆となり、関節軸200は左回転運動を行う。すなわち、空気圧源19側から空気圧人工筋201−2の管状弾性体15の流体注入出部材18側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋201−1側に供給される。また、空気圧人工筋201−1側は、管状弾性体15の流体注入出部材18から大気圧側への流路が5ポート流量制御電磁弁21を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋201−1側から大気中へ排気される。したがって、空気圧人工筋201−2の全長が縮み、空気圧人工筋201−1の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸200は矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。   On the other hand, when a negative voltage command value is input from the D / A board 22a to the 5-port flow control solenoid valve 21 from the control computer 22, the 5-port flow control solenoid valve 21 is switched, and the pneumatic circuit symbol B , The operation of the pneumatic artificial muscle 201-2 is reversed, and the joint shaft 200 performs a counterclockwise rotation. That is, the flow path from the air pressure source 19 side to the fluid injecting member 18 side of the tubular elastic body 15 of the pneumatic artificial muscle 201-2 is opened via the 5-port flow rate control electromagnetic valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional flow rate of air is supplied to the pneumatic artificial muscle 201-1 side. On the pneumatic artificial muscle 201-1 side, the flow path from the fluid injection member 18 of the tubular elastic body 15 to the atmospheric pressure side is opened via the 5-port flow control solenoid valve 21, and the absolute value of the voltage command value is set. A proportional air flow is exhausted from the pneumatic artificial muscle 201-1 side into the atmosphere. Accordingly, when the total length of the pneumatic artificial muscle 201-2 is reduced and the total length of the pneumatic artificial muscle 201-1 is extended, the joint axis 200 is shown in the direction opposite to the arrow at a speed proportional to the absolute value of the voltage command value. Perform a rotational motion.

以上の構成の関節構造体の動作について説明する。   The operation of the joint structure having the above configuration will be described.

図4A,図4Bは本発明の第1実施形態における関節構造体の動作をそれぞれ示す図である。   4A and 4B are views showing the operation of the joint structure according to the first embodiment of the present invention.

上記したように、2本の第1直動アクチュエータ4−1、4−2は、図1Aの左側の第1直動アクチュエータ4−1と図1Aの右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が第1構造体1を挟んで第1回転関節3に関して対向するように回転ジョイント5−1、5−2により第2構造体2に接続されている。したがって、図1A(又は図4A)の左側の第1直動アクチュエータ4−1が伸張し、図1A(又は図4A)の右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が収縮すれば、図4Aに示されるように、第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生する。逆に、図1A(又は図4A)の左側の第1直動アクチュエータ4−1が収縮し、図1A(又は図4A)の右側の別の第1直動アクチュエータ4−2が伸張すれば、第1回転関節3の回転軸3a回りの時計方向の回転運動が発生する。   As described above, the two first linear actuators 4-1 and 4-2 include the first linear actuator 4-1 on the left side of FIG. 1A and another first linear actuator 4- on the right side of FIG. 1A. 2 is connected to the second structure 2 by rotary joints 5-1 and 5-2 so as to face each other with respect to the first rotary joint 3 across the first structure 1. Accordingly, if the first linear actuator 4-1 on the left side of FIG. 1A (or FIG. 4A) expands and the other first linear actuator 4-2 on the right side of FIG. 1A (or FIG. 4A) contracts, As shown in 4A, a counterclockwise rotational motion around the rotational axis 3a of the first rotational joint 3 occurs. Conversely, if the first linear actuator 4-1 on the left side of FIG. 1A (or FIG. 4A) contracts and another first linear actuator 4-2 on the right side of FIG. 1A (or FIG. 4A) expands, A clockwise rotational movement of the first rotary joint 3 around the rotation axis 3a occurs.

ここで、本発明の第1実施形態の特徴は、第1回転ガイドプーリー8−1、8−2、第2回転ガイドプーリー10−1、10−2、第1平行リンク9−1、9−2、第2平行リンク11−1、11−2により構成される機構により、アーム屈曲用ワイヤー7−1、7−2が誘導されている点にある。その作用を図5A及び図5Bを用いて説明する。   Here, the feature of the first embodiment of the present invention is that the first rotation guide pulleys 8-1 and 8-2, the second rotation guide pulleys 10-1 and 10-2, and the first parallel links 9-1 and 9-. 2. The arm bending wires 7-1 and 7-2 are guided by a mechanism constituted by the second parallel links 11-1 and 11-2. The operation will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.

上記したように、第1直動アクチュエータ4−1,4−2の動作により、図4Aに示すように第2構造体2の第1回転関節3の回転軸3a回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図5Aの矢印Aの点線で示す位置に第2回転ガイドプーリー10−1は移動する。この時、アーム屈曲用ワイヤー7−1が第1回転ガイドプーリー8−1に接触する量は、角度αに相当する円周分だけ減少するが、アーム屈曲用ワイヤー7−1が第2回転ガイドプーリー10−1に接触する量が角度αに相当する円周分だけ増加するため、互いに打ち消し合う。   As described above, by the operation of the first linear actuators 4-1 and 4-2, as shown in FIG. 4A, the counterclockwise rotational motion around the rotational axis 3 a of the first rotary joint 3 of the second structure 2. When this occurs, the second rotation guide pulley 10-1 moves to the position indicated by the dotted line of the arrow A in FIG. 5A. At this time, the amount of contact between the arm bending wire 7-1 and the first rotation guide pulley 8-1 decreases by the circumference corresponding to the angle α, but the arm bending wire 7-1 becomes the second rotation guide. Since the amount of contact with the pulley 10-1 increases by the circumference corresponding to the angle α, they cancel each other.

以上のワイヤ誘導動作は、第1回転ガイドプーリー8−2、第2回転ガイドプーリー10−2によるアーム屈曲用ワイヤー7−2の誘導でも同様である。したがって、第1回転関節3の回転軸3a回りの回転運動によるアーム屈曲用ワイヤー7−1、7−2の経路長の変化は少なく、ワイヤ固定点12a−1、12a−2によりアーム屈曲用ワイヤー7−1、7−2と接続された第3構造体12の第2回転関節13の回転軸13a回りの運動への影響は少ない。   The above wire guiding operation is the same for guiding the arm bending wire 7-2 by the first rotating guide pulley 8-2 and the second rotating guide pulley 10-2. Therefore, there is little change in the path length of the arm bending wires 7-1 and 7-2 due to the rotational movement of the first rotary joint 3 around the rotation axis 3a, and the arm bending wires are formed by the wire fixing points 12a-1 and 12a-2. The influence on the motion around the rotation axis 13a of the second rotary joint 13 of the third structure 12 connected to the 7-1 and 7-2 is small.

一方、第2直動アクチュエータ6−1を収縮させ、第2直動アクチュエータ6−2を伸張させた場合、アーム屈曲用ワイヤ7−1は、図5Bの矢印Bで示すように引っ張られ、第1回転ガイドプーリー8−1は矢印Cで示すように反時計方向の回転運動を行い、また、第2回転ガイドプーリー10−1は矢印Dで示すように反時計方向の回転運動を行い、アーム屈曲用ワイヤ7−1を第2直動アクチュエータ6−1側へと送り出す。したがって、アーム屈曲用ワイヤ7−1は矢印Eに示すように第3構造体のワイヤ固定点12a−1を引っ張るような駆動力を発生する。   On the other hand, when the second linear motion actuator 6-1 is contracted and the second linear motion actuator 6-2 is extended, the arm bending wire 7-1 is pulled as shown by an arrow B in FIG. The one-rotation guide pulley 8-1 performs a counterclockwise rotational movement as indicated by an arrow C, and the second rotational guide pulley 10-1 performs a counterclockwise rotational movement as indicated by an arrow D to The bending wire 7-1 is sent out to the second linear actuator 6-1 side. Therefore, the arm bending wire 7-1 generates a driving force that pulls the wire fixing point 12a-1 of the third structure as indicated by an arrow E.

このとき、第2直動アクチュエータ6−2側では第2直動アクチュエータ6−2が伸張させられているので、第1回転ガイドプーリー8−2、第2回転ガイドプーリー10−2によるアーム屈曲用ワイヤー7−2の誘導では、アーム屈曲用ワイヤー7−2の動作はアーム屈曲用ワイヤ7−1と逆になり、ワイヤ固定点12a−2に対して、ワイヤ7−2を緩めるような動作となる。   At this time, since the second linear actuator 6-2 is extended on the second linear actuator 6-2 side, the arm is bent by the first rotary guide pulley 8-2 and the second rotary guide pulley 10-2. In the induction of the wire 7-2, the operation of the arm bending wire 7-2 is opposite to that of the arm bending wire 7-1, and the wire 7-2 is loosened with respect to the wire fixing point 12a-2. Become.

したがって、図4B及び図5Bに示すように、アーム屈曲用ワイヤ7−1、アーム屈曲用ワイヤ7−2により、第3構造体12は矢印Fで示すように、第2構造体2に対する第2回転関節13回りの、ハンド14側から見て反時計回りの相対的な回転運動を行う。   Therefore, as shown in FIG. 4B and FIG. 5B, the third structure 12 is second to the second structure 2 by the arm bending wire 7-1 and the arm bending wire 7-2 as shown by the arrow F. A relative rotational movement around the rotary joint 13 is performed counterclockwise as viewed from the hand 14 side.

これに対して、第2直動アクチュエータ6−2を収縮させ、第2直動アクチュエータ6−1を伸張させた場合、アーム屈曲用ワイヤ7−2は、先の場合と同様に、図5Bの矢印Bで示すように引っ張られ、第1回転ガイドプーリー8−2は矢印Cで示すように反時計方向の回転運動を行い、また、第2回転ガイドプーリー10−2は矢印Dで示すように反時計方向の回転運動を行い、アーム屈曲用ワイヤ7−2を第2直動アクチュエータ6−2側へと送り出す。したがって、アーム屈曲用ワイヤ7−2は矢印Eに示すように第3構造体のワイヤ固定点12a−2を引っ張るような駆動力を発生する。   On the other hand, when the second linear actuator 6-2 is contracted and the second linear actuator 6-1 is extended, the arm bending wire 7-2 is similar to the previous case in FIG. Pulled as indicated by arrow B, the first rotating guide pulley 8-2 rotates counterclockwise as indicated by arrow C, and the second rotating guide pulley 10-2 as indicated by arrow D. A counterclockwise rotational movement is performed, and the arm bending wire 7-2 is sent to the second linear actuator 6-2 side. Therefore, the arm bending wire 7-2 generates a driving force that pulls the wire fixing point 12a-2 of the third structure as indicated by an arrow E.

このとき、第2直動アクチュエータ6−1側では第2直動アクチュエータ6−1が伸張させられているので、第1回転ガイドプーリー8−1、第2回転ガイドプーリー10−1によるアーム屈曲用ワイヤー7−1の誘導では、アーム屈曲用ワイヤー7−1の動作はアーム屈曲用ワイヤ7−2と逆になり、ワイヤ固定点12a−1に対して、ワイヤ7−1を緩めるような動作となる。   At this time, since the second linear actuator 6-1 is extended on the second linear actuator 6-1 side, the arm is bent by the first rotary guide pulley 8-1 and the second rotary guide pulley 10-1. In the induction of the wire 7-1, the operation of the arm bending wire 7-1 is opposite to that of the arm bending wire 7-2, and the wire 7-1 is loosened with respect to the wire fixing point 12a-1. Become.

したがって、図4B及び図5Bとは逆に、アーム屈曲用ワイヤ7−2、アーム屈曲用ワイヤ7−1により、第3構造体12は矢印Fとは逆の方向に、第2構造体2に対する第2回転関節13回りの、ハンド14側から見て時計回りの相対的な回転運動を行う。   Therefore, contrary to FIGS. 4B and 5B, the arm bending wire 7-2 and the arm bending wire 7-1 cause the third structure 12 to move in the direction opposite to the arrow F with respect to the second structure 2. A relative rotational movement around the second rotary joint 13 in the clockwise direction as viewed from the hand 14 side is performed.

以上のように、本発明の第1実施形態の関節構造体によれば、第1回転ガイドプーリー8−1、8−2、第2回転ガイドプーリー10−1、10−2によりアーム屈曲用ワイヤー7−1、7−2が誘導される構成とすることにより、第1回転関節3の回転軸3a回りの回転運動に影響を受けることなく、第1構造体1に配設された第2直動アクチュエータ6−1、6−2の駆動力を、第1回転関節3を越えて、ロボットアーム100の先端側のハンド側に伝達することが可能となる。   As described above, according to the joint structure of the first embodiment of the present invention, the arm bending wire is formed by the first rotation guide pulleys 8-1 and 8-2 and the second rotation guide pulleys 10-1 and 10-2. By adopting a configuration in which 7-1 and 7-2 are guided, the second straight line disposed in the first structure 1 is not affected by the rotational motion of the first rotary joint 3 around the rotation axis 3a. The driving force of the dynamic actuators 6-1 and 6-2 can be transmitted to the hand side on the distal end side of the robot arm 100 beyond the first rotary joint 3.

したがって、第2回転関節13回りの運動を駆動するアクチュエータを、第2直動アクチュエータ6−1、6−2のように、ロボットアーム100の根元側に配設することができ、ロボットアーム100の先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。   Therefore, the actuator that drives the movement around the second rotary joint 13 can be disposed on the base side of the robot arm 100 like the second linear actuators 6-1 and 6-2. The inertia on the front end side is reduced, the control performance relating to position control and force control is improved, and it is possible to operate at high speed. Further, since the inertia is small, the kinetic energy is also reduced, and the safety at the time of collision is improved.

また、本発明の第1実施形態の関節構造体によれば、第1平行リンク9−1、9−2、第2平行リンク11−1、11−2、第1構造体1、第2構造体2とにより平行リンク構造を構成するため、アーム屈曲用ワイヤ7−1、アーム屈曲用ワイヤ7−2が第1回転関節3付近を経由せず、関節構造を簡潔にすることができ、エンコーダ等の配設が容易になる。   Moreover, according to the joint structure of the first embodiment of the present invention, the first parallel links 9-1 and 9-2, the second parallel links 11-1 and 11-2, the first structure 1, and the second structure. Since the parallel link structure is constituted by the body 2, the arm bending wire 7-1 and the arm bending wire 7-2 do not pass through the vicinity of the first rotary joint 3, and the joint structure can be simplified. And the like are easily arranged.

なお、この第1実施形態では、一例として、第1構造体1に対して第2構造体2は、図1Aの姿勢から、回転軸3aまわりに時計方向及び反時計方向に60度程度ずつ回転可能であり、第2構造体2に対して第3構造体3及びハンド12も、図1Aの姿勢から、回転軸13aまわりに時計方向及び反時計方向に60度程度ずつ回転可能となっている。   In the first embodiment, as an example, the second structure 2 rotates about 60 degrees clockwise and counterclockwise around the rotation axis 3a from the posture of FIG. 1A with respect to the first structure 1. The third structure 3 and the hand 12 can also rotate about the rotation axis 13a clockwise and counterclockwise by about 60 degrees with respect to the second structure 2 from the posture of FIG. 1A. .

なお、上記の実施形態では、ロボットアーム100を駆動するアクチュエータを直動アクチュエータとしたが、これに限られるわけではなく、回転型の電動モータであっても、例えば、モータの回転軸にプーリを固定し、モータの回転によりワイヤを巻き取る構造等でも同様の効果を発揮する。   In the above-described embodiment, the actuator that drives the robot arm 100 is a direct-acting actuator. However, the present invention is not limited to this. For example, even a rotary electric motor has a pulley on the rotation shaft of the motor. The same effect is exhibited even in a structure in which the wire is wound and wound by rotating the motor.

また、上記の実施形態では、直動アクチュエータを空気圧人工筋としたが、これに限られるわけではなく、空圧シリンダ、油圧シリンダや電動リニアアクチュエータ等、その他の直動アクチュエータでも同様の効果を発揮する。   In the above embodiment, the linear actuator is a pneumatic artificial muscle. However, the present invention is not limited to this, and other linear actuators such as a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, and an electric linear actuator also exhibit the same effect. To do.

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。   It is to be noted that, by appropriately combining arbitrary embodiments of the various embodiments described above, the effects possessed by them can be produced.

本発明の関節構造体は、多関節ロボットアームの関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームとして有用である。また、ロボットアームに限らず、生産設備等における回転機構のための関節機構等、機械装置の関節機構における関節構造体として適用が可能である。   The joint structure of the present invention is useful as a joint structure of an articulated robot arm and a robot arm including the joint structure. Further, the present invention is not limited to a robot arm, and can be applied as a joint structure in a joint mechanism of a mechanical device such as a joint mechanism for a rotation mechanism in a production facility or the like.

本発明の第1実施形態における関節構造体の構造の大略全体を示す平面図である。It is a top view which shows the substantially whole structure of the joint structure in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体の構造の大略全体を示す底面図である。It is a bottom view which shows the substantially whole structure of the joint structure in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体の駆動装置の一例として直動アクチュエータを構成可能な空気圧人工筋の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pneumatic artificial muscle which can comprise a linear motion actuator as an example of the drive device of the joint structure body in 1st Embodiment of this invention. 上記空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the air pressure supply drive system for driving the said pneumatic artificial muscle. 本発明の第1実施形態における関節構造体の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the joint structure in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the joint structure in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体ワイヤ誘導動作を示す図である。It is a figure which shows the joint structure wire guidance operation | movement in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体のワイヤ誘導動作を示す図である。It is a figure which shows the wire guidance operation | movement of the joint structure in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における関節構造体のプーリーへのワイヤの掛け回しを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the wiring of the wire to the pulley of the joint structure body in 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1構造体
1a 支持板
2 第2構造体
3 第1回転関節
3a 第1回転関節の回転軸
4−1、4−2 第1直動アクチュエータ
5−1、5−2 ジョイント
6−1、6−2 第2直動アクチュエータ
7−1、7−2 アーム屈曲用ワイヤー
8−1、8−2 第1回転ガイドプーリー
8−1a、8−2a 第1回転ガイドプーリーの回転軸
9−1、9−2 第1平行リンク
10−1、10−2 第2回転ガイドプーリー
10−1a、10−2a 第2回転ガイドプーリーの回転軸
11−1、11−2 第2平行リンク
11−1a、11−2a 第2平行リンクの支点
12 第3構造体
12a−1、12a−2 第3構造体のワイヤ固定点
13 第2回転関節
13a 第2回転関節の回転軸
13b 軸受け
14 ハンド
15 管状弾性体
16 拘束部材
17 封止部材
18 流体注入出部材
19 空気圧源
20 空気圧調整ユニット
20a 空気圧フィルタ
20b 空気圧減圧弁
20c 空気圧用ルブリケータ
21 5ポート流量制御電磁弁
22 制御コンピュータ
22a D/Aボード

100 ロボットアーム
200 関節軸
201−1, 201−2 空気圧人工筋
202 支持板
203 支持棒
204 回動部材

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st structure 1a Support plate 2 2nd structure 3 1st rotation joint 3a Rotating shaft of 1st rotation joint 4-1, 4-2 1st linear motion actuator 5-1, 5-2 Joint 6-1, 6-2 Second linear actuator 7-1, 7-2 Arm bending wire 8-1, 8-2 First rotating guide pulley 8-1a, 8-2a Rotating shaft 9-1 of first rotating guide pulley 9-1, 9-2 First parallel links 10-1, 10-2 Second rotation guide pulleys 10-1a, 10-2a Rotating shafts 11-1, 11-2 of second rotation guide pulleys 11-1a, 11 -2a Support point of second parallel link 12 Third structure 12a-1, 12a-2 Wire fixing point of third structure 13 Second rotation joint 13a Rotation shaft of second rotation joint 13b Bearing 14 Hand 15 Tubular elastic body 16 Restraint member 17 Sealing member 18 Fluid inlet / outlet member 19 Air pressure source 20 Air pressure adjusting unit 20a Air pressure filter 20b Air pressure reducing valve 20c Air pressure lubricator 21 5 port flow control solenoid valve 22 Control computer 22a D / A board

DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Robot arm 200 Joint axis 201-1 and 201-2 Pneumatic artificial muscle 202 Support plate 203 Support rod 204 Rotating member

Claims (3)

第1構造体と、
第2構造体と、
第3構造体と、
上記第1構造体と上記第2構造体を相対回転可能に接続する第1回転関節と、
上記第1回転関節の回転軸と回転軸が直交し、上記第2構造体と上記第3構造体を相対回転可能に接続する第2回転関節と、
一端が上記第1構造体と相対回転可能に接続され、かつ上記第2構造体と平行に配設された第1平行リンクと、
一端が上記第2構造体と相対回転可能に接続され、他端が上記第1平行リンクの他端と相対回転可能に接続され、かつ上記第1構造体と平行に配設された第2平行リンクと、
上記第1構造体と上記第1平行リンクの接続部分に相対回転可能に配設された第1回転ガイドプーリと、
上記第1平行リンクと上記第2平行リンクの接続部分に相対回転可能に配設された第2回転ガイドプーリと、
上記第1回転ガイドプーリ、上記第2回転ガイドプーリ、上記第構造体の順に渡され、上記第3構造体に一端が固定されたワイヤと、
上記第1構造体に備えられて、上記ワイヤの他端が固定されて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記第2構造体に対して上記第3構造体を相対的に回転させるワイヤ駆動装置とを有することを特徴とする関節構造体。
A first structure;
A second structure;
A third structure;
A first rotary joint that connects the first structure and the second structure so as to be relatively rotatable;
Interlinked rotary shaft and the rotation shaft of the first rotating joint is straight, a second rotary joint that relatively rotatably connecting the second structure and the third structure,
One end connected rotatably relative to the aforementioned first structure, and a first parallel links that are disposed in the second structure and the flat row,
One end connected rotatably relative and the second structure, the other end is connected rotatably other end relative to the first parallel link, and a second disposed on the first structure and the flat ascending Parallel links,
A first rotation guide pulley disposed in a relatively rotatable manner at a connection portion between the first structure and the first parallel link;
A second rotation guide pulley disposed in a relatively rotatable manner at a connection portion between the first parallel link and the second parallel link;
The first rotary guide pulley, the second rotating guide pulleys, is passed in the order of the third structure, a wire having one end fixed to the third structure,
Provided in the first structure, the other end of the wire is fixed and the wire can be driven, and by driving the wire, the third structure is attached to the second structure. A joint structure characterized by having a wire drive device for relative rotation.
上記ワイヤは、上記第1回転ガイドプーリに対して、上記第1回転ガイドプーリの上記第1平行リンクが配設された側から掛けられ、上記第1回転ガイドプーリの上記第2構造体から遠い側から上記第2回転ガイドプーリへと渡され、上記第2回転ガイドプーリに対しては、上記第2回転ガイドプーリの上記第2構造体から遠い側から掛けられ、上記第1回転ガイドプーリの上記第1構造体から遠い側から上記第3構造体へと渡されることを特徴とする請求項1に記載の関節構造体。 The wire is hooked to the first rotation guide pulley from the side where the first parallel link of the first rotation guide pulley is disposed, and is far from the second structure of the first rotation guide pulley. From the side to the second rotation guide pulley. The second rotation guide pulley is hung from a side farther from the second structure of the second rotation guide pulley, and the first rotation guide pulley The joint structure according to claim 1, wherein the joint structure is passed from the side far from the first structure to the third structure . 請求項1又は2に記載の関節構造体と、
上記第3構造体の上記第2回転関節側とは反対側の先端に配置されたハンドとを備えて、
上記ワイヤ駆動装置の駆動により、上記第2構造体に対して、上記第3構造体と上記ハンドが相対的に回転するようにしたことを特徴とするロボットアーム。
The joint structure according to claim 1 or 2,
A hand disposed at the tip of the third structure opposite to the second rotary joint side;
A robot arm characterized in that the third structure and the hand rotate relative to the second structure by driving the wire driving device.
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