JP5803073B2 - Joint structure and robot having the joint structure - Google Patents
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Description
本発明は、関節構造、及びその関節構造を備えたロボットに関する。 The present invention relates to a joint structure and a robot provided with the joint structure.
この種の技術として、特許文献1は、旋回台や垂直アーム、水平アーム、ハンド部、把持部を主たる構成として備え、複数の回動軸関節を有する産業用マニプレータを開示している。この産業用マニプレータの回動軸関節には、所定以上の外力を伝達しないトルクリミッタが内蔵されている。このトルクリミッタは、例えば、駆動プーリと従動プーリとの間にタイミングベルトを掛け回した構成において、従動プーリと従動軸との間に装着される。この場合、トルクリミッタは、従動軸に固定された押え板と、従動プーリに固定された回転板と、押え板及び回転板を所定の押圧力によって互いに圧接状態とする板ばねと、によって構成される。以上の構成によれば、通常時、駆動力は、駆動プーリ、タイミングベルト、従動プーリ、トルクリミッタ(回転板、板ばね、押え板)を順に介して従動軸へと伝達される。一方で、垂直アームに外力が作用してその外力が所定以上の衝撃力であった場合は、その外力による回転力は従動軸には伝達されるが、その回転力はトルクリミッタの回転板と押え板との間ですべりが発生することでトルクリミッタによって吸収され、その回転力は従動プーリには伝達されないとしている。
As this type of technology,
上述した特許文献1のトルクリミッタは、過負荷保護の観点から有益なものであるが、一層の技術改良が望まれていた。
The torque limiter of
本願発明の目的は、全く新規な関節構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a completely new joint structure.
本願発明の第1の観点によれば、関節構造は、関節軸を有する第1の部材と、前記第1の部材の前記関節軸回りに回転可能となるように前記第1の部材によって支持される第2の部材と、前記第1の部材に回転可能に設けられ、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、前記第2の部材に回転不能に設けられる従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛けられる伝動ベルトと、を備え、前記従動プーリの外周は略円形であり、前記従動プーリの中心軸は、前記関節軸からずれている。以上の構成で、前記第1の部材に対する前記第2の部材の相対的な角度が変化すると、前記駆動プーリの回転軸と、前記従動プーリの前記中心軸と、の軸間距離が増減する。軸間距離が増減すると、前記伝動ベルトのテンションが増減する。従って、以上の構成によれば、前記第1の部材に対する前記第2の部材の相対的な角度に応じて、前記伝動ベルトのテンションが増減する構成が実現される。 According to a first aspect of the present invention, the joint structure is supported by the first member having a joint axis and the first member so as to be rotatable about the joint axis of the first member. A second member that is rotatably provided on the first member and is driven to rotate by a drive source, a driven pulley that is non-rotatably provided on the second member, the drive pulley, A transmission belt hung between the driven pulleys, and the outer periphery of the driven pulley is substantially circular, and the central axis of the driven pulley is offset from the joint axis. With the above configuration, when the relative angle of the second member with respect to the first member changes, the inter-axis distance between the rotation shaft of the driving pulley and the central shaft of the driven pulley increases or decreases. When the distance between the shafts increases or decreases, the tension of the transmission belt increases or decreases. Therefore, according to the above configuration, a configuration in which the tension of the transmission belt is increased or decreased according to the relative angle of the second member with respect to the first member is realized.
好ましくは、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは前記駆動プーリの回転軸と、前記従動プーリの前記中心軸と、の軸間距離が大きくなり、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記軸間距離が小さくなるように、前記従動プーリの前記中心軸は、前記関節軸からずれている。 Preferably, when a torque required for rotating the second member is large, an inter-axis distance between the rotation axis of the driving pulley and the central axis of the driven pulley increases, and the second The center axis of the driven pulley is deviated from the joint axis so that the distance between the axes becomes small when the torque required for rotating the member is small.
以上の構成で、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは前記伝動ベルトのテンションが大きくなる。前記伝動ベルトのテンションが大きくなると、前記伝動ベルトが前記駆動プーリや前記従動プーリ上で滑り難くなる。従って、以上の構成によれば、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは、大きなトルクを問題なく伝動することができる。 With the above configuration, when the torque required for rotating the second member is large, the tension of the transmission belt increases. When the tension of the transmission belt increases, the transmission belt becomes difficult to slide on the driving pulley and the driven pulley. Therefore, according to the above configuration, when a large torque is required when rotating the second member, a large torque can be transmitted without any problem.
一方で、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記伝動ベルトのテンションが小さくなる。前記伝動ベルトのテンションが小さくなると、前記伝動ベルトが前記駆動プーリや前記従動プーリ上で滑り易くなる。従って、以上の構成によれば、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは、小さなトルクしか伝動できなくさせることができる。 On the other hand, when the torque required for rotating the second member is small, the tension of the transmission belt is small. When the tension of the transmission belt is reduced, the transmission belt is easily slipped on the driving pulley and the driven pulley. Therefore, according to the above configuration, when the torque required for rotating the second member is small, only a small torque can be transmitted.
要するに、以上の構成によれば、大きなトルクを伝動する必要のあるときはその大きなトルクを確実に伝動しつつ、一方で、大きなトルクを伝動する必要のないときは小さなトルクしか伝動させない、メリハリの効いた構成が実現される。 In short, according to the above configuration, when it is necessary to transmit a large torque, the large torque is reliably transmitted, while when a large torque is not necessary, only a small torque is transmitted. A working configuration is realized.
本願発明の第2の観点によれば、関節構造は、関節軸を有する第1の部材と、前記第1の部材の前記関節軸回りに回転可能となるように前記第1の部材によって支持される第2の部材と、前記第1の部材に回転可能に設けられ、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、前記第2の部材に回転不能に設けられる従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛けられる伝動ベルトと、を備え、前記従動プーリは、前記関節軸から前記従動プーリの外周までの距離が第1の距離である第1の部分と、前記関節軸から前記従動プーリの外周までの距離が第1の距離よりも短い距離である第2の距離である第2の部分と、を周方向において異なる位置に有する。要するに、前記従動プーリは、前記関節軸から前記従動プーリの外周までの距離が周方向において一様ではない。以上の構成で、前記第1の部材に対する前記第2の部材の相対的な角度が変化すると、前記伝動ベルトのテンションが増減する。従って、以上の構成によれば、前記第1の部材に対する前記第2の部材の相対的な角度に応じて、前記伝動ベルトのテンションが増減する構成が実現される。 According to a second aspect of the present invention, the joint structure is supported by the first member having a joint axis and the first member so as to be rotatable about the joint axis of the first member. A second member that is rotatably provided on the first member and is driven to rotate by a drive source, a driven pulley that is non-rotatably provided on the second member, the drive pulley, A transmission belt hung between the driven pulleys, wherein the driven pulley includes a first portion in which a distance from the joint shaft to an outer periphery of the driven pulley is a first distance, and the driven shaft to the driven shaft. The second portion, which is the second distance, which is a distance shorter than the first distance, is located at a different position in the circumferential direction. In short, in the driven pulley, the distance from the joint shaft to the outer periphery of the driven pulley is not uniform in the circumferential direction. With the above configuration, when the relative angle of the second member with respect to the first member changes, the tension of the transmission belt increases or decreases. Therefore, according to the above configuration, a configuration in which the tension of the transmission belt is increased or decreased according to the relative angle of the second member with respect to the first member is realized.
好ましくは、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは前記伝動ベルトに対して前記第1の部分が接触し、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記伝動ベルトに対して前記第1の部分は接触しないが前記第2の部分は接触するように、前記従動プーリの前記第1の部分と前記第2の部分が配置されている。 Preferably, when the torque required for rotating the second member is large, the first portion is in contact with the transmission belt, and the torque required for rotating the second member. The first portion and the second portion of the driven pulley are arranged so that the first portion is not in contact with the transmission belt but the second portion is in contact when the transmission belt is small. .
以上の構成で、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きときは前記伝動ベルトのテンションが大きくなる。前記伝動ベルトのテンションが大きくなると、前記伝動ベルトが前記駆動プーリや前記従動プーリ上で滑り難くなる。従って、以上の構成によれば、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは、大きなトルクを問題なく伝動することができる。 With the above configuration, when the torque required for rotating the second member is large, the tension of the transmission belt increases. When the tension of the transmission belt increases, the transmission belt becomes difficult to slide on the driving pulley and the driven pulley. Therefore, according to the above configuration, when a large torque is required when rotating the second member, a large torque can be transmitted without any problem.
一方で、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記伝動ベルトのテンションが小さくなる。前記伝動ベルトのテンションが小さくなると、前記伝動ベルトが前記駆動プーリや前記従動プーリ上で滑り易くなる。従って、以上の構成によれば、前記第2の部材を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは、小さなトルクしか伝動できなくさせることができる。 On the other hand, when the torque required for rotating the second member is small, the tension of the transmission belt is small. When the tension of the transmission belt is reduced, the transmission belt is easily slipped on the driving pulley and the driven pulley. Therefore, according to the above configuration, when the torque required for rotating the second member is small, only a small torque can be transmitted.
要するに、以上の構成によれば、大きなトルクを伝動する必要のあるときはその大きなトルクを確実に伝動しつつ、一方で、大きなトルクを伝動する必要のないときは小さなトルクしか伝動させない、メリハリの効いた構成が実現される。 In short, according to the above configuration, when it is necessary to transmit a large torque, the large torque is reliably transmitted, while when a large torque is not necessary, only a small torque is transmitted. A working configuration is realized.
好ましくは、前記動力源は、前記第1の部材に設けたモータである。 Preferably, the power source is a motor provided on the first member.
好ましくは、前記伝動ベルトは、平ベルト、Vベルト、歯付ベルト、ワイヤベルト、ステンレスベルトのうち何れかである。 Preferably, the transmission belt is any one of a flat belt, a V belt, a toothed belt, a wire belt, and a stainless steel belt.
本願発明の第3の観点によれば、ロボットは、体幹部と、前記体幹部に対して回転可能に連結される腕部と、を備える。前記体幹部を前記第1の部材とし、前記腕部を前記第2の部材として、上記の関節構造が適用された。このように前記の関節構造は、前記体幹部と前記腕部との間に技術的矛盾なくそのまま適用することができる。 According to a third aspect of the present invention, a robot includes a trunk and an arm that is rotatably connected to the trunk. The joint structure described above was applied using the trunk as the first member and the arm as the second member. Thus, the joint structure can be applied as it is between the trunk and the arm without any technical contradiction.
本願発明の第4の観点によれば、体幹部と、前記体幹部に対して回転可能に連結される腕部と、を備える。前記腕部を下ろしていくと、前記体幹部と前記腕部との間の隙間が狭まる。前記体幹部を前記第1の部材とし、前記腕部を前記第2の部材として、上記の関節構造が適用された。即ち、前記腕部を下ろしていくと、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクは小さくなる。また、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクは小さくなると、前記伝動ベルトのテンションが小さくなる構成が採用されている。従って、以上の構成によれば、前記体幹部と前記腕部との間の隙間が狭まったとき、小さなトルクしか伝動させない構成が実現される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a trunk and an arm that is rotatably connected to the trunk. As the arm is lowered, the gap between the trunk and the arm is narrowed. The joint structure described above was applied using the trunk as the first member and the arm as the second member. That is, as the arm portion is lowered, the torque required to rotate the arm portion decreases. Further, a configuration is adopted in which the tension of the transmission belt is reduced when the torque required for rotating the arm portion is reduced. Therefore, according to the above structure, when the clearance gap between the said trunk part and the said arm part narrows, the structure which transmits only a small torque is implement | achieved.
本願発明によれば、前記第1の部材に対する前記第2の部材の相対的な角度に応じて、前記伝動ベルトのテンションが増減する構成が実現される。 According to this invention, the structure which the tension | tensile_strength of the said transmission belt increases / decreases according to the relative angle of the said 2nd member with respect to the said 1st member is implement | achieved.
以下、図1〜7を参照しつつ、本願発明の第1実施形態を説明する。 Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すようにロボット1は、体幹部2(第1の部材)と、この体幹部2に対して回転可能に連結された上肢部3と、体幹部2に支持される頭部4と、を主たる構成として備えている。ロボット1の体幹部2と上肢部3、頭部4は、ヒトの体幹、上肢、頭に夫々相当している。
As shown in FIG. 1, the
上肢部3は、上腕部5(第2の部材、腕部)と、前腕部6と、把持部7と、によって構成されている。上腕部5と前腕部6、把持部7は、ヒトの上腕、前腕、手に夫々相当している。
The
上腕部5は、肩関節部8を介して体幹部2に支持されている。この肩関節部8の存在により、図1及び図2に示すように、上腕部5は、体幹部2に対して姿勢を変えられるようになっている。図1には、上肢部3全体が略水平な姿勢となっている様子を示している。図2には、上肢部3全体が下ろされた姿勢となっている様子を示している。本実施形態において肩関節部8は、1自由度の関節である。
The
前腕部6は、肘関節部9を介して上腕部5に支持されている。この肘関節部9の存在により、前腕部6は、上腕部5に対して姿勢を変えられるようになっている。本実施形態において肘関節部9は、1自由度の関節である。
The
把持部7は、手首関節部10を介して前腕部6に支持されている。この手首関節部10の存在により、把持部7は、前腕部6に対して姿勢を変えられるようになっている。本実施形態において手首関節部10は、2自由度の関節である。
The
次に、肩関節部8に対する上肢部3のモーメントアームMAについて説明する。図1及び図2には、上腕部5と前腕部6、把持部7から成る上肢部3の真っ直ぐに伸ばされた状態における重心3gを示している。図1及び図2に示すように、上肢部3全体の姿勢の如何によりモーメントアームMAは増減する。詳しくは、図1に示すように上肢部3全体が略水平な姿勢となっているときモーメントアームMAは大きく、図2に示すように上肢部3全体が下ろされた姿勢となっているときモーメントアームMAは小さくなる。そして、図1のようにモーメントアームMAが大きいということは、上肢部3を肩関節部8回りに回転させる際に必要となるトルクが大きいということである。一方、図2のようにモーメントアームMAが小さいということは、上肢部3を肩関節部8回りに回転させる際に必要となるトルクが小さいということである。
Next, the moment arm MA of the
次に、図3及び図4に基づいて、ロボット1に適用された関節構造Jについて説明する。本実施形態において関節構造Jは、ロボット1の肩関節部8に適用されている。
Next, the joint structure J applied to the
図3及び図4に示すように、関節構造Jは、体幹部2と、上腕部5と、駆動プーリ11と、従動プーリ12と、平ベルト13(伝動ベルト)と、を備えて構成されている。図3及び図4では、説明の都合上、体幹部2は一部のみを示し、その一部は略円柱状に描いている。上腕部5についても同様に一部のみを示している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the joint structure J includes a
体幹部2は、関節軸Cを伴った関節部14を有している。関節部14は、体幹部2から突出して形成されている。図4に示すように関節部14には、関節軸Cに対して同軸となる軸受15が設けられている。
The
上腕部5は、体幹部2の関節部14の関節軸C回りに回転可能となるように体幹部2によって支持されている。
The
駆動プーリ11は、体幹部2に回転可能に設けられている。図4に示すように体幹部2には、駆動プーリ11を回転駆動するための肩関節駆動モータ34が設けられている。肩関節駆動モータ34と駆動プーリ11との間には減速機16が介在している。この構成で、肩関節駆動モータ34で生成されたトルクは、減速機16によって増幅された後、駆動プーリ11に伝動される。駆動プーリ11の外周は略円形である。
The
従動プーリ12は、上腕部5に回転不能に設けられている。図4に示すように従動プーリ12は、円筒状に形成された連結筒部17を介して上腕部5に対して回転不能に固定されている。連結筒部17は、軸受15によって支持される。換言すれば、従動プーリ12は、上腕部5と関節部14を挟んで反対側に位置する。連結筒部17と軸受15の存在により、上腕部5は、体幹部2に対して所定の回転角度範囲内で自在に回転できるようになっている。本実施形態において従動プーリ12の外周12aは図6に示すように略円形である。
The driven
平ベルト13は、駆動プーリ11と従動プーリ12の間に掛けられている。
The
次に、図5を参照しつつ、ロボット1が備える制御装置100について簡単に説明する。制御装置100は、中央演算処理器としてのCPU30(Central Processing Unit)、読み書き自在のRAM31(Random Access Memory)、読み取り専用のROM32(Read Only Memory)を備えて構成されている。ROM32には、制御プログラムが記憶されている。CPU30がROM32から上記制御プログラムを読み込み、CPU30上で実行することで、制御プログラムは、CPU30等のハードウェアを、肩関節駆動モータ制御手段33として機能させる。肩関節駆動モータ制御手段33は、肩関節駆動モータ34の動作を制御するものである。
Next, the
次に、図6及び図7に基づいて、関節構造Jについて更に詳細に説明する。図6は、図1に対応しており、上腕部5が略水平となっている状態をイメージしている。図7は、図2に対応しており、上腕部5が下ろされた状態をイメージしている。
Next, the joint structure J will be described in more detail based on FIGS. FIG. 6 corresponds to FIG. 1 and imagines a state in which the
本実施形態において、従動プーリ12の中心軸Dは、関節部14の関節軸Cに沿ってみた図6及び図7の側面視において、関節部14の関節軸Cからずれている。詳しくは、従動プーリ12の中心軸Dは、関節部14の関節軸Cから肘関節部9側(図1を併せて参照)にずれている。別の言い方をすれば、従動プーリ12の中心軸Dは、関節部14の関節軸Cから上腕部5の長手方向にずれている。
In the present embodiment, the center axis D of the driven
ここで、図6及び図7に示すように、駆動プーリ11の回転軸Pと、関節部14の関節軸Cと、の間の距離を軸間距離L1と定義する。同様に、駆動プーリ11の回転軸Pと、従動プーリ12の中心軸Dと、の間の距離を軸間距離L2と定義する。同様に、関節部14の関節軸Cと、従動プーリ12の中心軸Dと、の間の距離を軸間距離L3と定義する。これら軸間距離L1〜L3のうち、軸間距離L1と軸間距離L3は一定値となる。一方、軸間距離L2は、体幹部2に対する上腕部5の相対的な角度に応じて増減する。
Here, as shown in FIGS. 6 and 7, the distance between the rotation axis P of the
具体的には、図6に示すように上腕部5が略水平の状態となったとき、従動プーリ12の中心軸Dは、駆動プーリ11の回転軸Pと関節部14の関節軸Cを挟んで反対側に位置することになるので、L2=L1+L3の関係が成立し、軸間距離L2は最大となる。一方で、図7に示すように上腕部5が下ろされた状態となったとき、軸間距離L2は、図6の場合と比較して小さくなる。図7に示す状態では軸間距離L2≒軸間距離L1となっている。
Specifically, when the
ところで、平ベルト13のテンションは、図6及び図7に示す軸間距離L2との間で正の相関関係がある。即ち、図6に示すように軸間距離L2が大きくなると平ベルト13のテンションは大きくなり、図7に示すように軸間距離L2が小さくなると平ベルト13のテンションは小さくなる。従って、図6に示すように上腕部5が略水平の状態となったときの平ベルト13のテンションは、図7に示すように上腕部5が下ろされた状態となったときの平ベルト13のテンションよりも大きい。
Incidentally, the tension of the
また、平ベルト13のテンションが大きいと、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑りにくくなり、伝動可能なトルクの上限が大きくなる。即ち、平ベルト13のテンションが大きいと、大きなトルクも問題なく伝動することができる。一方で、平ベルト13のテンションが小さいと、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑りやすくなり、伝動可能なトルクの上限が小さくなる。即ち、平ベルト13のテンションが小さいと、小さなトルクしか伝動しなくなる。
Further, when the tension of the
以上に、関節構造J特有のメカニズムを説明した。次に、この関節構造Jが、図1及び図2に示すロボット1の中でどのような技術的意義を発揮し得るか詳しく説明する。
The mechanism peculiar to the joint structure J has been described above. Next, the technical significance of this joint structure J in the
上述したように、図1に示すように上肢部3全体が略水平な姿勢となっているとき、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクは大きくなる。また、図6に示すように上腕部5が略水平な姿勢となっているとき、大きなトルクも問題なく伝動できるようになっている。従って、図1や図6に示すように、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいとき、大きなトルクも問題なく伝動することができる。
As described above, when the entire
同様に、上述したように、図2に示すように上肢部3全体が下ろされた状態となっているとき、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクは小さくなる。また、図7に示すように上腕部5が下ろされた状態となっているとき、小さなトルクしか伝動しないようになっている。従って、図2や図7に示すように、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは、積極的に、小さなトルクしか伝動しないようになる。
Similarly, as described above, when the entire
ここで、図2を参照されたい。図2に示すように、上肢部3全体を下ろした状態では、体幹部2と上肢部3(上腕部5を含む。)との間の隙間Gが狭まる。従って、上肢部3全体が下ろされると、体幹部2と上肢部3との間の隙間Gにヒトや物が挟まれ、圧迫を与える虞がある。そこで、上記の関節構造Jによれば、図2の状態では、平ベルト13は、小さなトルクしか駆動プーリから従動プーリに伝動しないようになっている。従って、上肢部3全体が下ろされた際、仮に体幹部2と上肢部3との間の隙間Gにヒトや物が挟まれたとしても、ヒトや物に過度の圧迫を与えることがない。
Reference is now made to FIG. As shown in FIG. 2, in the state where the entire
一方で、上記の関節構造Jによれば、前述の通り、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいとき、大きなトルクを問題なく伝動することができる。
On the other hand, according to the joint structure J, as described above, when the torque required for rotating the
(まとめ)
以上に本願発明の好適な第1実施形態を説明したが、上記の第1実施形態は、要するに以下の特長を有している。
(Summary)
The preferred first embodiment of the present invention has been described above, but the first embodiment has the following features in summary.
第1実施形態に係る関節構造Jは、関節軸Cを有する体幹部2と、体幹部2の関節軸C回りに回転可能となるように体幹部2によって支持される上腕部5と、体幹部2に回転可能に設けられ、肩関節駆動モータ34(駆動源)によって回転駆動される駆動プーリ11と、上腕部5に回転不能に設けられる従動プーリ12と、駆動プーリ11と従動プーリ12の間に掛けられる平ベルト13(伝動ベルト)と、を備えている。従動プーリ12の外周12aは略円形である。従動プーリ12の中心軸Dは、関節軸Cからずれている。以上の構成で、体幹部2に対する上腕部5の相対的な角度が変化すると、駆動プーリ11の回転軸Pと、従動プーリ12の中心軸Dと、の軸間距離L2が増減する。軸間距離L2が増減すると、平ベルト13のテンションが増減する。従って、以上の構成によれば、体幹部2に対する上腕部5の相対的な角度に応じて、平ベルト13のテンションが増減する構成が実現される。
The joint structure J according to the first embodiment includes a
なお、上記第1実施形態において伝動ベルトは平ベルト13であるとしたが、これに代えて、Vベルト、歯付ベルト、ワイヤベルト、ステンレスベルトのうち何れかであってもよい。
In the first embodiment, the transmission belt is the
また、上記第1実施形態において動力源は体幹部2に設けた肩関節駆動モータ34であるとしたが、これに限定されるものではない。
In the first embodiment, the power source is the shoulder
また、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは駆動プーリ11の回転軸Pと、従動プーリ12の中心軸Dと、の軸間距離L2が大きくなり、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは軸間距離L2が小さくなるように、従動プーリ12の中心軸Dは、関節軸Cからずれている。
Further, when the torque required for rotating the
以上の構成で、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きときは平ベルト13のテンションが大きくなる。平ベルト13のテンションが大きくなると、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑り難くなる。従って、以上の構成によれば、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは、大きなトルクを問題なく伝動することができる。
With the above configuration, when the torque required for rotating the
一方で、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは平ベルト13のテンションが小さくなる。平ベルト13のテンションが小さくなると、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑り易くなる。従って、以上の構成によれば、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは、小さなトルクしか伝動できなくさせることができる。
On the other hand, when the torque required to rotate the
要するに、以上の構成によれば、大きなトルクを伝動する必要のあるときはその大きなトルクを確実に伝動しつつ、一方で、大きなトルクを伝動する必要のないときは小さなトルクしか伝動させない、メリハリの効いた構成が実現される。 In short, according to the above configuration, when it is necessary to transmit a large torque, the large torque is reliably transmitted, while when a large torque is not necessary, only a small torque is transmitted. A working configuration is realized.
また、ロボット1は、体幹部2と、体幹部2に対して回転可能に連結される上腕部5(腕部)と、を備える。ロボット1には、体幹部2と上腕部5を含めたかたちの関節構造Jが適用されている。このように関節構造Jは、体幹部2と上腕部5との間に技術的矛盾なくそのまま適用することができる。
The
また、ロボット1は、体幹部2と、体幹部2に対して回転可能に連結される上腕部5と、を備える。上腕部5を下ろしていくと、体幹部2と上腕部5との間の隙間Gが狭まる。ロボット1には、体幹部2と上腕部5を含めたかたちの関節構造Jが適用されている。即ち、上腕部5を下ろしていくと、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクは小さくなる。また、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクは小さくなると、平ベルト13のテンションが小さくなる構成が採用されている。従って、以上の構成によれば、体幹部2と上腕部5との間の隙間Gが狭まったとき、小さなトルクしか伝動させない構成が実現される。
The
以上に本実施形態に係る関節構造Jの主たる特長を説明したが、関節構造Jは、この他にも、シンプルな構造であり、軽量に実現でき、所謂挟み込み検知センサを省略できるので低コスト化を図れる、といったアドバンテージもある。また、平ベルト13のテンションが大きくなると、平ベルト13はそれ以上の伸びが強力に規制される。従って、図1の状態で上肢部3は外力によって殆ど揺れなくなる。
Although the main features of the joint structure J according to the present embodiment have been described above, the joint structure J is also a simple structure, can be realized in a light weight, and can reduce the cost because a so-called pinching detection sensor can be omitted. There is also an advantage of being able to plan. Further, when the tension of the
更に言えば、出力側である上腕部5に従動プーリ12を設けるため、図4に示すように、所謂関節軸の中空化を図ることが可能となっている。
Furthermore, since the driven
(第2実施形態)
次に、図8〜9を参照しつつ、本願発明の第2実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第1実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, and overlapping descriptions will be omitted as appropriate. In addition, in principle, the same reference numerals are assigned to components corresponding to the respective components of the first embodiment.
上記実施形態において従動プーリ12は、外周12aが略円形に形成されており、図6に示すように、関節部14の関節軸Cと、従動プーリ12の中心軸Dと、をずらしている。これに対し、本実施形態に係る従動プーリ12は、関節部14の関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が周方向において一様ではない。詳しくは、従動プーリ12は、関節部14の関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が第1距離B1(第1の距離)である突出部分12b(第1の部分)と、関節部14の関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が第1距離B1よりも短い距離である第2距離B2(第2の距離)である円弧部分12c(第2の部分)と、を周方向において異なる位置に有している。本実施形態において、円弧部分12cは、関節軸Cを中心として突出部分12bから反時計回りに90度異なる位置に形成されている。
In the above embodiment, the driven
そして、図8に示すように上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは平ベルト13に対して突出部分12bが接触し、図9に示すように上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは平ベルト13に対して突出部分12bは接触しないが、円弧部分12cは接触するように、従動プーリ12の突出部分12bと円弧部分12cが配置されている。
And when the torque required when rotating the
(まとめ)
以上に本願発明の好適な第2実施形態を説明したが、上記の第2実施形態は、要するに以下の特長を有している。
(Summary)
The preferred second embodiment of the present invention has been described above, but the second embodiment has the following features in summary.
従動プーリ12は、関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が第1距離B1である突出部分12bと、関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が第1距離B1よりも短い距離である第2距離B2である円弧部分12cと、を周方向において異なる位置に有する。要するに、従動プーリ12は、関節軸Cから従動プーリ12の外周12aまでの距離が周方向において一様ではない。以上の構成で、体幹部2に対する上腕部5の相対的な角度が変化すると、平ベルト13のテンションが増減する。従って、以上の構成によれば、体幹部2に対する上腕部5の相対的な角度に応じて、平ベルト13のテンションが増減する構成が実現される。
The driven
また、図8に示すように上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは平ベルト13に対して突出部分12bが接触し、図9に示すように上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは平ベルト13に対して突出部分12bは接触しないが円弧部分12cは接触するように、従動プーリ12の突出部分12bと円弧部分12cが配置されている。
Further, when the torque required for rotating the
以上の構成で、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きときは平ベルト13のテンションが大きくなる。平ベルト13のテンションが大きくなると、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑り難くなる。従って、以上の構成によれば、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは、大きなトルクを問題なく伝動することができる。
With the above configuration, when the torque required for rotating the
一方で、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは平ベルト13のテンションが小さくなる。平ベルト13のテンションが小さくなると、平ベルト13が駆動プーリ11や従動プーリ12上で滑り易くなる。従って、以上の構成によれば、上腕部5を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは、小さなトルクしか伝動できなくさせることができる。
On the other hand, when the torque required to rotate the
要するに、以上の構成によれば、大きなトルクを伝動する必要のあるときはその大きなトルクを確実に伝動しつつ、一方で、大きなトルクを伝動する必要のないときは小さなトルクしか伝動させない、メリハリの効いた構成が実現される。 In short, according to the above configuration, when it is necessary to transmit a large torque, the large torque is reliably transmitted, while when a large torque is not necessary, only a small torque is transmitted. A working configuration is realized.
1 ロボット
2 体幹部(第1の部材)
3 上肢部(腕部)
5 上腕部(腕部)
11 駆動プーリ
12 従動プーリ
13 平ベルト(伝動ベルト)
C 関節軸
D 従動プーリの中心軸
P 駆動プーリの回転軸
100 制御装置
1
3 upper limbs (arms)
5 Upper arm (arm)
11
C Joint axis
D Driven pulley center shaft
P Drive pulley
Claims (4)
前記体幹部の前記関節軸回りに回転可能となるように前記体幹部によって支持される腕部と、
前記体幹部に回転可能に設けられ、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、
前記腕部に回転不能に設けられる従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛けられる伝動ベルトと、
を備え、
前記従動プーリの外周は略円形であり、
前記腕部が略水平な姿勢となっており、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは前記駆動プーリの回転軸と、前記従動プーリの中心軸と、の軸間距離が大きくなり、
前記腕部が降ろされた状態となっており、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記軸間距離が小さくなるように、
前記従動プーリの前記中心軸は、前記関節軸からずれている、
関節構造。 A trunk having a joint axis;
An arm portion supported by said torso so as to be rotatable on the joint axis of the torso,
A drive pulley that is rotatably provided in the trunk and is driven to rotate by a drive source;
A driven pulley provided in the arm so as not to rotate;
A transmission belt hung between the drive pulley and the driven pulley;
With
The outer periphery of the driven pulley is substantially circular,
When the arm is in a substantially horizontal posture and the torque required to rotate the arm is large, the distance between the rotation axis of the drive pulley and the center axis of the driven pulley is Grow,
When the arm portion is in a lowered state and the torque required for rotating the arm portion is small, the inter-axis distance is reduced.
The central axis of the driven pulley is offset from the joint axis;
Joint structure.
前記体幹部の前記関節軸回りに回転可能となるように前記体幹部によって支持される腕部と、An arm supported by the trunk so as to be rotatable about the joint axis of the trunk;
前記体幹部に回転可能に設けられ、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、A drive pulley that is rotatably provided in the trunk and is driven to rotate by a drive source;
前記腕部に回転不能に設けられる従動プーリと、A driven pulley provided in the arm so as not to rotate;
前記駆動プーリと前記従動プーリの間に掛けられる伝動ベルトと、A transmission belt hung between the drive pulley and the driven pulley;
を備え、With
前記従動プーリは、前記関節軸から前記従動プーリの外周までの距離が第1の距離である第1の部分と、前記関節軸から前記従動プーリの外周までの距離が第1の距離よりも短い距離である第2の距離である第2の部分と、を周方向において異なる位置に有し、In the driven pulley, a distance from the joint shaft to the outer periphery of the driven pulley is a first distance, and a distance from the joint shaft to the outer periphery of the driven pulley is shorter than the first distance. A second portion that is a second distance that is a distance, and a different position in the circumferential direction,
前記腕部が略水平な姿勢となっており、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクが大きいときは前記伝動ベルトに対して前記第1の部分が接触し、The arm portion is in a substantially horizontal posture, and when the torque required for rotating the arm portion is large, the first portion is in contact with the transmission belt,
前記腕部が降ろされた状態となっており、前記腕部を回転させる際に必要となるトルクが小さいときは前記伝動ベルトに対して前記第1の部分は接触しないが前記第2の部分は接触するように、When the arm portion is in a lowered state and the torque required for rotating the arm portion is small, the first portion does not contact the transmission belt, but the second portion is To make contact
前記従動プーリの前記第1の部分と前記第2の部分が配置されている、The first part and the second part of the driven pulley are arranged;
関節構造。Joint structure.
前記駆動源は、前記体幹部に設けたモータである、
関節構造。 The joint structure according to claim 1 or 2 ,
The drive source is a motor provided on the trunk .
Joint structure.
前記伝動ベルトは、平ベルト、Vベルト、歯付ベルト、ワイヤベルト、ステンレスベルトのうち何れかである、
関節構造。 The joint structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The transmission belt is a flat belt, a V belt, a toothed belt, a wire belt, or a stainless steel belt,
Joint structure.
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