JP6000032B2 - Multi-joint mechanism and arrangement pattern generation method using multi-joint mechanism - Google Patents

Multi-joint mechanism and arrangement pattern generation method using multi-joint mechanism Download PDF

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本発明は、マルチジョイント機構及びマルチジョイント機構による配置パターン生成方法に関し、詳しくは、複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構及びマルチジョイント機構による配置パターン生成方法に関する。   The present invention relates to a multi-joint mechanism and an arrangement pattern generation method using the multi-joint mechanism, and more specifically, a multi-joint mechanism in which a plurality of units are connected in series, and a driving force is transmitted from a base-end unit to a front-end unit. The present invention relates to a layout pattern generation method using a multi-joint mechanism.
近年、人間と共存するヒューマノイドや手術ロボット等への応用を目的としたロボットハンドが数多く開発されている。このようなロボットハンドは、複数のユニットがジョイントしたマルチジョイント機構で構成されている。また、人間の生活環境下において、補助や作業を行うロボットハンドは、形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットが動作する必要がある。   In recent years, many robot hands have been developed for application to humanoids and surgical robots that coexist with humans. Such a robot hand is composed of a multi-joint mechanism in which a plurality of units are jointed. Moreover, in a human living environment, each unit needs to operate in a manner corresponding to the characteristics of an object having a different shape and mass in a robot hand that performs assistance and work.
そこで、リンクが連結されたそれぞれの関節部に空転自在にプーリが設けられ、各プーリ間で、モータで繰り出される1組のワイヤを巻架させ、各関節部のプーリに、コントローラによりそれぞれ制御され、プーリの回転をロックさせるピエゾ素子を設けたロボットアームが提案されている(特許文献1)。
このロボットアームによれば、各関節部のプーリに設けたピエゾ素子をコントローラにより制御することで、各関節部の動作を制御する。これにより、形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で、各関節部を動作させることができる。
Therefore, pulleys are provided at the joints to which the links are connected so as to freely rotate, and a set of wires fed by a motor is wound between the pulleys, and the pulleys of the joints are controlled by the controller. A robot arm provided with a piezo element that locks the rotation of a pulley has been proposed (Patent Document 1).
According to this robot arm, the operation of each joint is controlled by controlling the piezo elements provided on the pulleys of each joint by the controller. Thereby, each joint part can be operated in the aspect according to the characteristic of the object from which a shape and mass differ.
特開平9−131687号公報JP-A-9-131687
しかしながら、特許文献1のロボットアームは、各関節部を対象の特徴に応じた態様で動作させるために、例えば、予め対象の特徴に応じたプログラム等をコントローラに記憶しておき、このプログラム等に基づき、各関節部のプーリ毎に、ピエゾ素子を制御する必要がある。
また、各関節部を対象の特徴に応じた態様で動作させるために、予め対象の特徴に応じたプログラム等をコントローラに記憶していない場合は、例えば、各プーリ毎に、荷重を検知するセンサ等を設け、このセンサからの信号に基づき、ピエゾ素子を制御する必要がある。
However, the robot arm of Patent Document 1 stores, for example, a program or the like corresponding to the target feature in advance in the controller in order to operate each joint unit in a manner corresponding to the target feature. Based on this, it is necessary to control the piezo element for each pulley of each joint.
Moreover, in order to operate each joint part in the aspect according to the characteristic of object, when the program according to the characteristic of object is not memorize | stored beforehand in the controller, for example, the sensor which detects a load for every pulley Etc., and it is necessary to control the piezo element based on the signal from this sensor.
本発明は、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供することを目的とする。   The present invention provides a multi-joint mechanism capable of operating each unit in a manner corresponding to the characteristics of various shapes and different objects without using a sensor without individually controlling each unit. With the goal.
(1)複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構であって、
前記ユニットは、
前記ユニットの外形を形成する本体と、
前記本体の基端側回転軸受け部に、回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する駆動プーリと、
前記本体に固定され、前記回転軸の外周面に接し、前記外周面との間における所定の摩擦力により、前記回転軸に追随して回転する摩擦部材と、を備え、
最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、
前記本体の先端側に、先端側において連結された前記ユニットの前記回転軸を回転自在に支持する回転軸受け部と、
前記回転軸に固定され、先端側において連結された前記ユニットに駆動力を伝達する伝達プーリと、
変形自在に形成されており、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、に巻き回された状態で回転して駆動力を伝達する環状部材と、を備え、
前記摩擦部材は、複数の前記ユニットにそれぞれ設けられ、前記回転軸が延びる方向と直交する方向から前記回転軸の外周面に押圧する力を調節する調節部材を介して前記本体に固定されており
前記摩擦部材及び前記調節部材は、前記本体の前記基端側回転軸受け部に面する位置から先端側に向けて形成されている摩擦部材支持部に支持されているマルチジョイント機構。
(1) A multi-joint mechanism in which a plurality of units are connected in series, and a driving force is transmitted from a proximal end unit to a distal end unit,
The unit is
A main body forming the outer shape of the unit;
A rotation shaft rotatably supported by the base end side rotation bearing portion of the main body;
A driving pulley fixed to the rotating shaft and rotated by a driving force from the base end side;
A friction member fixed to the main body, in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft, and rotating following the rotating shaft by a predetermined friction force between the outer peripheral surface, and
The unit connected to the base end side of the unit arranged at the forefront is further
A rotation bearing portion that rotatably supports the rotation shaft of the unit coupled to the distal end side of the main body on the distal end side;
A transmission pulley that is fixed to the rotating shaft and that transmits a driving force to the unit connected on the tip side;
An annular member that is formed so as to be deformable, and that rotates in a state of being wound around the transmission pulley and the driving pulley of the unit connected on the front end side to transmit a driving force,
The friction member is provided in each of the plurality of units, and is fixed to the main body via an adjustment member that adjusts a force pressing the outer peripheral surface of the rotating shaft from a direction orthogonal to a direction in which the rotating shaft extends. ,
The multi-joint mechanism in which the friction member and the adjustment member are supported by a friction member support portion that is formed from the position facing the base-side rotation bearing portion of the main body toward the distal end side .
(1)の発明によれば、マルチジョイント機構は、複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達する。ユニットは、本体と、回転軸と、駆動プーリと、摩擦部材と、を備える。
本体は、ユニットの外形を形成する。回転軸は、本体の基端側に、回転自在に支持されている。駆動プーリは、回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する。摩擦部材は、本体に固定され、回転軸の外周面に接し、外周面との間における所定の摩擦力により、回転軸に追随して回転する。
最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、回転軸受け部と、伝達プーリと、環状部材と、を備える。回転軸受け部は、本体の先端側に、先端側において連結されたユニットの回転軸を回転自在に支持する。伝達プーリは、回転軸に固定され、先端側において連結されたユニットに駆動力を伝達する。環状部材は、変形自在に形成され、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する。
According to the invention of (1), in the multi-joint mechanism, a plurality of units are connected in series, and the driving force is transmitted from the proximal end unit to the distal end side unit. The unit includes a main body, a rotating shaft, a driving pulley, and a friction member.
The main body forms the outer shape of the unit. The rotating shaft is rotatably supported on the base end side of the main body. The driving pulley is fixed to the rotating shaft and rotates by a driving force from the base end side. The friction member is fixed to the main body, is in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft, and rotates following the rotating shaft by a predetermined frictional force with the outer peripheral surface.
The unit connected to the base end side of the unit arranged at the forefront further includes a rotating bearing portion, a transmission pulley, and an annular member. The rotation bearing portion rotatably supports the rotation shaft of the unit connected on the distal end side on the distal end side of the main body. The transmission pulley is fixed to the rotating shaft and transmits the driving force to the units connected on the tip side. The annular member is formed so as to be deformable, and is wound around the transmission pulley and the driving pulley of the unit connected on the front end side, and rotates to transmit the driving force.
これにより、マルチジョイント機構は、以下のように動作する。
まず、マルチジョイント機構の最も基端側に配置されたユニットの駆動プーリに、例えば、モータ等からの駆動力が伝達され、駆動プーリが回転する。これに伴い、この駆動プーリが固定された回転軸が回転し、更に、この回転軸に固定された伝達プーリが回転する。そして、この伝達プーリの回転力は、この伝達プーリに巻き回された環状部材を回転する駆動力となり、この駆動力は、この環状部材が巻き回された、先端側において連結されたユニットの駆動プーリに伝達される。この伝達された駆動力により、先端側において連結されたユニットの駆動プーリが回転する。これに伴い、この駆動プーリが固定された回転軸が回転する。このように、基端側のユニットから、このユニットの先端側に連結されたユニットに駆動力が伝達される。
Thereby, the multi-joint mechanism operates as follows.
First, for example, a driving force from a motor or the like is transmitted to a driving pulley of a unit arranged on the most proximal side of the multi-joint mechanism, and the driving pulley rotates. Along with this, the rotating shaft to which the drive pulley is fixed rotates, and further, the transmission pulley fixed to the rotating shaft rotates. The rotational force of the transmission pulley becomes a driving force for rotating the annular member wound around the transmission pulley, and this driving force drives the unit connected on the front end side around which the annular member is wound. It is transmitted to the pulley. Due to the transmitted driving force, the driving pulleys of the units connected on the front end side rotate. Along with this, the rotating shaft to which the drive pulley is fixed rotates. In this way, the driving force is transmitted from the base end unit to the unit connected to the front end side of the unit.
そして、先端側に連結されたユニットにおいて、回転軸の外周面に接する摩擦部材は、摩擦力により回転軸に追随して回転する。また、摩擦部材の回転に伴い、この摩擦部材が固定された本体も回転する。
ここで、例えば、本体がものに当接し、これにより発生した外力は、回転軸と摩擦部材との間の摩擦力の反力となる。そして、外力の大きさが、所定の摩擦力を越えると、摩擦部材は回転軸の回転に追随できなくなり、回転軸は空転することとなる。即ち、本体に当接したものに対して、所定の摩擦力と相殺される以上の負荷を掛けることはない。
In the unit connected to the distal end side, the friction member in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft rotates following the rotating shaft by the frictional force. Further, as the friction member rotates, the main body to which the friction member is fixed also rotates.
Here, for example, the main body comes into contact with the object, and the external force generated thereby becomes a reaction force of the frictional force between the rotating shaft and the friction member. When the magnitude of the external force exceeds a predetermined frictional force, the friction member cannot follow the rotation of the rotating shaft, and the rotating shaft idles. That is, a load that is more than offset with a predetermined frictional force is not applied to the abutting body.
また、本体に生ずる外力に起因する摩擦力の反力は、外力が生じた本体の位置によって異なるので、複数のユニットにおいて夫々異なる。
本願発明によれば、あるユニットにおいて、本体に生じた外力によって、摩擦部材が回転軸の回転に追随できなくなったとしても、回転軸は回転しているので、当該ユニットの先端側のユニットには駆動力を伝達することができる。
これにより、例えば、あるユニットの本体がある角度まで回転したところで、摩擦部材は回転軸の回転に追随できなくなったとしても、駆動力は先端側にユニットに伝達されるので、先端側のユニットの本体は更に、所定位置まで回転する。
Further, the reaction force of the frictional force due to the external force generated in the main body differs depending on the position of the main body where the external force is generated, and thus differs among the plurality of units.
According to the present invention, in a unit, even if the friction member cannot follow the rotation of the rotating shaft due to an external force generated in the main body, the rotating shaft is rotating. A driving force can be transmitted.
As a result, for example, even when the friction member cannot follow the rotation of the rotating shaft when the main body of a unit is rotated to a certain angle, the driving force is transmitted to the unit on the tip side. The body further rotates to a predetermined position.
このように、複数のユニットは、各ユニットを、例えば、コントローラにより個別に制御したり、各ユニットの負荷を検知するセンサを設けたりしなくとも、各ユニットが個別に回転して、マルチジョイント機構において扱うものの形状や重さによって、柔軟な配置パターンにすることができる。
したがって、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。
In this way, the plurality of units can be individually rotated by the multi-joint mechanism without individually controlling each unit, for example, by a controller or providing a sensor for detecting the load of each unit. Depending on the shape and weight of what is handled in, a flexible arrangement pattern can be obtained.
Therefore, it is possible to provide a multi-joint mechanism capable of operating each unit in a manner corresponding to the characteristics of objects having various shapes and masses without using a sensor without individually controlling each unit.
また、摩擦部材を、回転軸に押圧する力を調節する調節部材を介して本体に固定したので、調節部材によって、押圧する力を調節し、回転軸と摩擦部材との間の摩擦力を調節できる。
これにより、例えば、マルチジョイント機構において扱うものが、壊れやすいものであれば摩擦力を比較的小さくなるように調節し、扱うものが重ければ摩擦力を比較的大きくなるように調節することができる。
In addition , since the friction member is fixed to the main body via an adjustment member that adjusts the force applied to the rotating shaft, the pressing force is adjusted by the adjusting member and the friction force between the rotating shaft and the friction member is adjusted. it can.
Thereby, for example, if the material handled in the multi-joint mechanism is fragile, the frictional force can be adjusted to be relatively small, and if the material handled is heavy, the frictional force can be adjusted to be relatively large. .
) 最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、の間に配置され、前記回転軸と同一方向に延びて、前記本体に、回転自在であって、前記環状部材の回転する方向に直交する方向に移動可能に固定された調整部材を、更に備える(1)に記載のマルチジョイント機構。 ( 2 ) The unit connected to the base end side of the unit arranged at the forefront is arranged between the transmission pulley and the drive pulley of the unit connected at the tip end side, and the rotating shaft The multi-joint mechanism according to (1 ) , further comprising: an adjustment member that extends in the same direction and is fixed to the main body so as to be rotatable and movable in a direction orthogonal to a direction in which the annular member rotates.
)の発明によれば、調整部材は、最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットに設けられ、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、の間に配置され、回転軸と同一方向に延びて、本体に、回転自在であって、環状部材と交差して、環状部材を押圧する方向に移動可能に固定される。
これにより、環状部材は、伝達プーリと、先端側において連結されたユニットの駆動プーリと、の間において、調整部材により押圧されている。これにより、例えば、経年劣化により、環状部材が延びたりした場合でも、調整部材をより押圧する方向に移動することで、環状部材の張力を維持することができる。よって、経年により、駆動力が低下するのを防止できる。
According to the invention of ( 2 ), the adjustment member is provided in the unit connected to the proximal end side of the unit arranged at the forefront, and includes a transmission pulley and a drive pulley of the unit connected at the distal end side. It is arranged in between, extends in the same direction as the rotation axis, and is rotatably fixed to the main body so as to cross the annular member and move in the direction of pressing the annular member.
Thereby, the annular member is pressed by the adjusting member between the transmission pulley and the drive pulley of the unit connected on the front end side. Thereby, for example, even when the annular member extends due to deterioration over time, the tension of the annular member can be maintained by moving the adjustment member in the direction of pressing. Therefore, it is possible to prevent the driving force from decreasing with time.
) 前記本体は、前記回転軸に平行して配置された、互いに対面する側面部を備え、一方の側面部の先端は、当該ユニットの先端側に連結され、一方側に回転した前記ユニットの一方の前記側面部の中央部分と当接し、他方の前記側面部の基端は、当該ユニットの基端側に連結された前記ユニットの他方の前記側面部の先端に当接する(1)又は(2)に記載のマルチジョイント機構。 ( 3 ) The main body includes side portions facing each other and arranged in parallel to the rotation axis, and the tip of one side portion is connected to the tip side of the unit and rotated to the one side. (1) or the base end of the other side surface is in contact with the front end of the other side surface of the unit connected to the base end side of the unit. The multi-joint mechanism as described in (2) .
)の発明によれば、本体の一方の側面部の先端は、一方側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。他方の側面部の基端及び先端は、他方側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。
これにより、一方の側面部の先端の位置と、他方の側面部の基端及び先端の位置とにより、各ユニットの回転可能範囲を規定できる。
According to the invention of ( 3 ), the tip of one side surface portion of the main body defines the rotation limit position of the unit rotated to one side. The proximal end and the distal end of the other side surface portion define the rotation limit position of the unit rotated to the other side.
Thereby, the rotatable range of each unit can be defined by the position of the tip end of one side surface portion and the positions of the base end and tip end of the other side surface portion.
) (1)から()のいずれかに記載のマルチジョイント機構による配置パターン生成方法であって、基端側の前記ユニットから、先端側の前記ユニットに駆動力が伝達されて、複数の前記ユニットが、所定方向に回転するステップと、複数の前記ユニットの前記本体の少なくとも1つに、外力が作用するステップと、複数の前記ユニットのうち、前記摩擦部材と前記回転軸の外周面との間の摩擦力に対する、前記外力に起因する反力の大きさが、前記所定の摩擦力を越えた前記ユニットは回転を停止し、前記外力が作用していない前記ユニット及び前記反力が前記所定の摩擦力を越えていない前記ユニットは所定位置まで回転するステップと、を含む配置パターン生成方法。 ( 4 ) The arrangement pattern generation method using the multi-joint mechanism according to any one of (1) to ( 3 ), wherein a driving force is transmitted from the base end side unit to the distal end side unit, A step of rotating the unit in a predetermined direction, a step of applying an external force to at least one of the main bodies of the plurality of units, and an outer peripheral surface of the friction member and the rotating shaft among the plurality of units. The unit in which the magnitude of the reaction force caused by the external force exceeds the predetermined friction force with respect to the friction force between the unit and the unit is not rotating, And a step of rotating the unit that does not exceed the predetermined frictional force to a predetermined position.
)の発明によれば、(1)から()のいずれに記載のマルチジョイント機構と同様の効果を奏する。 According to the invention of ( 4 ), the same effects as those of the multi-joint mechanism described in any of (1) to ( 3 ) are achieved.
本発明によれば、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a multi-joint mechanism capable of operating each unit in a mode according to the characteristics of objects having various shapes and masses without using a sensor without individually controlling each unit. it can.
本発明の実施形態に係るマルチジョイント機構における、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the arrangement pattern of each unit in the multi joint mechanism which concerns on embodiment of this invention. 前記実施形態に係るマルチジョイント機構の、図1に示す態様とは異なる、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode of the arrangement pattern of each unit different from the aspect shown in FIG. 1 of the multi joint mechanism which concerns on the said embodiment. 図1に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット及び先端ユニットのカバーの断面図である。It is sectional drawing of the cover of the intermediate | middle unit and front-end | tip unit which concern on the said embodiment in the state shown in FIG. 図2に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット及び先端ユニットのカバーの断面図である。It is sectional drawing of the cover of the intermediate | middle unit and front-end | tip unit which concern on the said embodiment in the state shown in FIG. 前記実施形態に係る中間ユニットのカバーの上面部を外した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the upper surface part of the cover of the intermediate unit which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係るマルチジョイント機構のカバーの上面部及び上面部側のフレームを外した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the upper surface part of the cover of the multi joint mechanism which concerns on the said embodiment, and the flame | frame of the upper surface part side. 前記実施形態に係るマルチジョイント機構のカバーの右側面部及びフレームを外した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the right side part and flame | frame of the cover of the multi joint mechanism which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る中間ユニットの摩擦部材が回転軸の外周面に接することで発生する力について説明する図である。It is a figure explaining the force which generate | occur | produces when the friction member of the intermediate unit which concerns on the said embodiment contact | connects the outer peripheral surface of a rotating shaft. 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the arrangement pattern of an intermediate | middle unit and a front-end | tip unit in the multi joint mechanism concerning the said embodiment. 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the arrangement pattern of an intermediate | middle unit and a front-end | tip unit in the multi joint mechanism concerning the said embodiment. 前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構における、中間ユニット及び先端ユニットの配置パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the arrangement pattern of an intermediate | middle unit and a front-end | tip unit in the multi joint mechanism concerning the said embodiment.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
まず、前記実施形態に係るマルチジョイント機構1の構成について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るマルチジョイント機構1における、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。
図2は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構1の、図1に示す態様とは異なる、各ユニットの配置パターンの一態様を示す図である。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to this. In the following description of the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
First, the configuration of the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an aspect of an arrangement pattern of units in a multi-joint mechanism 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an aspect of the arrangement pattern of each unit, which is different from the aspect shown in FIG. 1, of the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment.
マルチジョイント機構1は、複数のユニットが、直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達する。
マルチジョイント機構1は、駆動力を発生する駆動部2と、駆動部2に接続され、駆動部2で発生させた駆動力を先端側に伝達する基端部3と、基端部3から伝達された駆動力を先端側に伝達する複数の中間ユニット4と、最先端に配置される先端ユニット5と、を備える。
In the multi-joint mechanism 1, a plurality of units are connected in series, and the driving force is transmitted from the base end unit to the distal end unit.
The multi-joint mechanism 1 includes a driving unit 2 that generates a driving force, a base end unit 3 that is connected to the driving unit 2 and transmits the driving force generated by the driving unit 2 to the distal end side, and a base end unit 3 that transmits the driving force. A plurality of intermediate units 4 that transmit the generated driving force to the distal end side, and a distal end unit 5 that is disposed at the forefront.
詳しくは後述するが、マルチジョイント機構1は、基端部3、複数の中間ユニット4及び先端ユニット5に設けられたプーリと、このプーリに巻き回されたベルトにより、基端部3から先端ユニット5に駆動力を伝達する。
マルチジョイント機構1は、例えば、初期態様として、図1に示す各ユニットの配置パターンをとる。そして、この図1に示す態様から、駆動部2で発生した駆動力により、所定方向(例えば、左回り)にプーリを回転させることで、図2に示す各ユニットの配置パターンに変化する。そして、図2に示す配置パターンから、駆動部2で発生した駆動力により、所定方向と反対方向(例えば、右回り)にプーリを回転させることで、図1に示す配置パターンに戻る。即ち、図1及び図2に示す配置パターンは、マルチジョイント機構1における各ユニットの所定位置となる。
As will be described in detail later, the multi-joint mechanism 1 includes a proximal end portion 3, a plurality of intermediate units 4, a pulley provided in the distal end unit 5, and a belt wound around the pulley, and the distal end unit 3 is connected to the distal end unit 3. The driving force is transmitted to 5.
The multi-joint mechanism 1 takes the arrangement pattern of each unit shown in FIG. 1 as an initial mode, for example. Then, from the mode shown in FIG. 1, the arrangement pattern of each unit shown in FIG. 2 is changed by rotating the pulley in a predetermined direction (for example, counterclockwise) by the driving force generated by the driving unit 2. Then, the arrangement pattern shown in FIG. 2 is returned to the arrangement pattern shown in FIG. 1 by rotating the pulley in the direction opposite to the predetermined direction (for example, clockwise) by the driving force generated by the drive unit 2. That is, the arrangement pattern shown in FIGS. 1 and 2 is a predetermined position of each unit in the multi-joint mechanism 1.
基端部3、複数の中間ユニット4及び先端ユニット5は、それぞれ断面形状が略矩形に形成されている。
ここで、マルチジョイント機構1は、基端部3を配置した方向に応じて、任意の方向に複数の中間ユニット4及び先端ユニット5を回転させることができる。即ち、マルチジョイント機構1は、いずれの面が上面、下面又は側面であるという限定はないが、本実施形態の説明では、説明の便宜のため、図1に表れている面を上面と呼び、図1中左右方向から見た面を側面と呼ぶ。
The proximal end portion 3, the plurality of intermediate units 4 and the distal end unit 5 are each formed in a substantially rectangular cross section.
Here, the multi-joint mechanism 1 can rotate the plurality of intermediate units 4 and the tip unit 5 in arbitrary directions according to the direction in which the base end portion 3 is arranged. That is, the multi-joint mechanism 1 is not limited to any surface being an upper surface, a lower surface, or a side surface. However, in the description of this embodiment, for convenience of explanation, the surface shown in FIG. A surface viewed from the left-right direction in FIG. 1 is referred to as a side surface.
駆動部2は、1つのモータと、このモータに電力を供給する制御を行う制御部と、を備える。即ち、マルチジョイント機構1は、1つのモータにより、複数の中間ユニット4及び先端ユニット5が駆動する。   The drive unit 2 includes one motor and a control unit that performs control to supply power to the motor. That is, in the multi-joint mechanism 1, a plurality of intermediate units 4 and tip units 5 are driven by one motor.
基端部3、複数の中間ユニット4及び先端ユニット5は、外形を形成する本体10を備える。本体10は、本体10の外表面を形成するカバー11と、カバー11を支持するフレーム12と、を備える。   The proximal end portion 3, the plurality of intermediate units 4, and the distal end unit 5 include a main body 10 that forms an outer shape. The main body 10 includes a cover 11 that forms the outer surface of the main body 10 and a frame 12 that supports the cover 11.
図3は、図1に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット4及び先端ユニット5のカバー11の断面図である。
カバー11は、下面部111と、下面部111と上面部(図示無し)と、下面部111と上面部の左端に配置され、後述する回転軸に平行して配置された左側面部112と、下面部111と上面部の右端に配置された右側面部113と、を備える。
なお、上面部は、下面部111と左右対称の形状で形成され、下面部111と同一の構成であるので、説明を省略する。
FIG. 3 is a sectional view of the cover 11 of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 according to the embodiment in the state shown in FIG.
The cover 11 includes a lower surface portion 111, a lower surface portion 111, an upper surface portion (not shown), a left surface portion 112 disposed at the left end of the lower surface portion 111 and the upper surface portion, and disposed in parallel with a rotation axis to be described later. Part 111 and right side surface part 113 arranged at the right end of the upper surface part.
Note that the upper surface portion is formed in a symmetrical shape with the lower surface portion 111 and has the same configuration as the lower surface portion 111, and thus the description thereof is omitted.
中間ユニット4の下面部111は、先端側に、先端側において連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の、後述する回転軸を回転自在に支持する先端側回転軸受け部111aを備える。
また、中間ユニット4の下面部111は、長辺方向(図3中先端基端方向)略中央部分に、後述する調整部材を左右方向に移動可能に支持する調整部材受け部111bを備える。
また、中間ユニット4及び先端ユニット5の下面部111は、基端側に、当該中間ユニット4及び先端ユニット5の、後述する回転軸を回転自在に支持する基端側回転軸受け部111cを備える。
即ち、先端側の中間ユニット4の基端側回転軸受け部111cと、基端側の中間ユニット4の先端側回転軸受け部111aと、は共に、先端側の中間ユニット4の回転軸を回転自在に支持する。これにより、先端側の中間ユニット4と基端側の中間ユニット4とは、先端側の中間ユニット4の回転軸により連結される。
また、先端ユニット5の基端側回転軸受け部111cと、先端側の中間ユニット4の先端側回転軸受け部111aと、は共に、先端ユニット5の回転軸を回転自在に支持する。これにより、先端ユニット5と先端側の中間ユニット4とは、先端ユニット5の回転軸により連結される。
The lower surface portion 111 of the intermediate unit 4 includes, on the distal end side, a distal end side rotation bearing portion 111a that rotatably supports a later-described rotational shaft of the intermediate unit 4 or the distal end unit 5 connected on the distal end side.
Further, the lower surface portion 111 of the intermediate unit 4 includes an adjustment member receiving portion 111b that supports an adjustment member, which will be described later, so as to be movable in the left-right direction, in a substantially central portion in the long side direction (the proximal end direction in FIG. 3).
In addition, the lower surface portion 111 of the intermediate unit 4 and the distal unit 5 includes, on the proximal end side, a proximal-side rotation bearing portion 111c that rotatably supports a later-described rotation shaft of the intermediate unit 4 and the distal unit 5.
That is, both the proximal end side rotary bearing portion 111c of the distal end side intermediate unit 4 and the distal end side rotational bearing portion 111a of the proximal end side intermediate unit 4 can rotate the rotational shaft of the distal end side intermediate unit 4 freely. To support. Thereby, the intermediate unit 4 on the distal end side and the intermediate unit 4 on the proximal end side are connected by the rotation shaft of the intermediate unit 4 on the distal end side.
Further, the proximal end side rotation bearing portion 111c of the distal end unit 5 and the distal end side rotation bearing portion 111a of the distal end side intermediate unit 4 both rotatably support the rotation shaft of the distal end unit 5. Thereby, the tip unit 5 and the intermediate unit 4 on the tip side are connected by the rotation shaft of the tip unit 5.
先端ユニット5の下面部111は、基端側回転軸受け部111cを備える。これにより、先端ユニット5と先端側の中間ユニット4とは、先端ユニット5の回転軸により連結される。   The lower surface portion 111 of the distal end unit 5 includes a proximal end side rotary bearing portion 111c. Thereby, the tip unit 5 and the intermediate unit 4 on the tip side are connected by the rotation shaft of the tip unit 5.
中間ユニット4及び先端ユニット5の下面部111及び上面部は、互いに、左右方向の幅が同一に形成されている。
また、中間ユニット4及び先端ユニット5の下面部111及び上面部の基端側の右側は、基端側回転軸受け部111cの中心から右端までの距離から、右側面部113の厚みを減算した寸法の半径により描かれる円弧形状で形成されている。これにより、例えば、先端側の中間ユニット4と基端側の中間ユニット4との連結部分において、先端側の中間ユニット4の下面部111が、基端側の中間ユニット4の右側面部113と接触するのを回避できる。
The lower surface portion 111 and the upper surface portion of the intermediate unit 4 and the front end unit 5 are formed to have the same width in the left-right direction.
Further, the right side of the base end side of the lower surface portion 111 and the upper surface portion of the intermediate unit 4 and the front end unit 5 has a dimension obtained by subtracting the thickness of the right side surface portion 113 from the distance from the center to the right end of the base end side rotating bearing portion 111c. It is formed in an arc shape drawn by a radius. Thereby, for example, the lower surface portion 111 of the intermediate unit 4 on the distal end side contacts the right side surface 113 of the intermediate unit 4 on the proximal end side at the connecting portion between the intermediate unit 4 on the distal end side and the intermediate unit 4 on the proximal end side. Can be avoided.
中間ユニット4及び先端ユニット5の左側面部112は、中間ユニット4及び先端ユニット5が直線上に配置されたとき(図1又は図3に示す状態のとき)に、互いに、同一平面上に配置される。
中間ユニット4の左側面部112の先端は、先端側回転軸受け部111aの中心から、下面部111の左端までの寸法の半径で描かれる円形状の範囲に入らない位置に配置される。これにより、例えば、先端側の中間ユニット4と基端側の中間ユニット4との連結部分において、先端側の中間ユニット4の左側面部112の基端が、基端側の中間ユニット4の左側面部112の先端と接触するのを回避できる。
The left side surfaces 112 of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 are arranged on the same plane when the intermediate unit 4 and the tip unit 5 are arranged on a straight line (when in the state shown in FIG. 1 or FIG. 3). The
The front end of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 is arranged at a position that does not fall within a circular range drawn with a radius of a dimension from the center of the front end side rotary bearing portion 111 a to the left end of the lower surface portion 111. Thereby, for example, in the connecting portion between the intermediate unit 4 on the distal end side and the intermediate unit 4 on the proximal end side, the proximal end of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 on the distal end side is the left side surface portion of the intermediate unit 4 on the proximal end side. Contact with the tip of 112 can be avoided.
図4は、図2に示す状態における、前記実施形態に係る中間ユニット4及び先端ユニット5のカバー11の断面図である。
図4に示すように、中間ユニット4の左側面部112の先端は、当該中間ユニット4の先端側に連結され、左側に回転した中間ユニット4又は先端ユニット5の左側面部112の中央部分と当接する。
即ち、中間ユニット4の左側面部112の先端は、当該中間ユニット4の先端側に連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の左側回転限界位置を規定する。
これにより、例えば、中間ユニット4の左側面部112の先端を、より先端側に配置すると、当該中間ユニット4の先端側に連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の回転可能範囲が狭くなり、より、基端側に配置すると、当該中間ユニット4の先端側に連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の回転可能範囲が広くなる。
4 is a cross-sectional view of the cover 11 of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 according to the embodiment in the state shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the front end of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 is connected to the front end side of the intermediate unit 4 and abuts against the central portion of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 or the front end unit 5 rotated to the left side. .
That is, the tip of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 defines the left rotation limit position of the intermediate unit 4 or the tip unit 5 connected to the tip side of the intermediate unit 4.
Thereby, for example, if the front end of the left side surface portion 112 of the intermediate unit 4 is arranged further on the front end side, the rotatable range of the intermediate unit 4 or the front end unit 5 connected to the front end side of the intermediate unit 4 becomes narrower. When arranged on the proximal end side, the rotatable range of the intermediate unit 4 or the distal unit 5 connected to the distal end side of the intermediate unit 4 is widened.
図3に戻って、中間ユニット4及び先端ユニット5の右側面部113は、中間ユニット4及び先端ユニット5が直線上に配置されたとき(図1又は図3に示す状態のとき)に、互いに、同一平面上に配置される。
また、このとき、中間ユニット4及び先端ユニット5の右側面部113の基端は、夫々のユニットの基端側に連結された中間ユニット4の右側面部113の先端に当接する。即ち、中間ユニット4及び先端ユニット5の右側面部113の基端及び先端は、中間ユニット4及び先端ユニット5の右側回転限界位置を規定する。
これにより、例えば、中間ユニット4及び先端ユニット5を左側に回転させた後に、右側に回転させることで、中間ユニット4及び先端ユニット5を直線上に配置した状態にできる。
Returning to FIG. 3, the right side surface 113 of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 are mutually connected when the intermediate unit 4 and the tip unit 5 are arranged on a straight line (in the state shown in FIG. 1 or FIG. 3). Arranged on the same plane.
At this time, the base ends of the right side surface portion 113 of the intermediate unit 4 and the front end unit 5 abut on the front end of the right side surface portion 113 of the intermediate unit 4 connected to the base end side of each unit. That is, the proximal end and the distal end of the right side surface 113 of the intermediate unit 4 and the distal unit 5 define the right rotation limit position of the intermediate unit 4 and the distal unit 5.
Thereby, for example, the intermediate unit 4 and the tip unit 5 can be placed on a straight line by rotating the intermediate unit 4 and the tip unit 5 to the left and then rotating to the right.
図5は、前記実施形態に係る中間ユニット4のカバー11の上面部を外した状態を示す図である。
フレーム12は、下面部111(図3参照)及び上面部の内側に夫々配置されている。
中間ユニット4のフレーム12は、後述する摩擦部材40及び調節部材41を支持する摩擦部材支持部121と、後述する調整部材80を支持する調整部材支持部122と、を備える。
摩擦部材支持部121は、下面部111又は上面部の基端側回転軸受け部111cに面する位置から先端側に向けて形成されている。
調整部材支持部122は、下面部111又は上面部の基端側回転軸受け部111cと先端側回転軸受け部111aとの中間位置であって、下面部111又は上面部の調整部材受け部111bと重なる位置において、基端から先端に向かう方向の直交方向(図5中左右方向)に延びる溝で形成されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the upper surface portion of the cover 11 of the intermediate unit 4 according to the embodiment is removed.
The frame 12 is disposed inside the lower surface portion 111 (see FIG. 3) and the upper surface portion, respectively.
The frame 12 of the intermediate unit 4 includes a friction member support portion 121 that supports a friction member 40 and an adjustment member 41 described later, and an adjustment member support portion 122 that supports an adjustment member 80 described later.
The friction member support portion 121 is formed from the position facing the base end side rotary bearing portion 111c of the lower surface portion 111 or the upper surface portion toward the distal end side.
The adjustment member support portion 122 is an intermediate position between the base end side rotation bearing portion 111c of the lower surface portion 111 or the upper surface portion and the distal end side rotation bearing portion 111a and overlaps the lower surface portion 111 or the adjustment member reception portion 111b of the upper surface portion. In the position, it is formed by a groove extending in a direction orthogonal to the direction from the base end to the tip (left and right direction in FIG. 5).
なお、先端ユニット5のフレーム12は、摩擦部材支持部121を備え、調整部材支持部122を備えない。
また、基端部3(図1参照)のフレーム12は、調整部材支持部122を備え、摩擦部材支持部121を備えない。
The frame 12 of the tip unit 5 includes the friction member support 121 and does not include the adjustment member support 122.
Further, the frame 12 of the base end portion 3 (see FIG. 1) includes the adjustment member support portion 122 and does not include the friction member support portion 121.
図6は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構1のカバーの上面部及び上面部側のフレーム12を外した状態を示す図である。
図7は、前記実施形態に係るマルチジョイント機構1のカバーの右側面部及びフレームを外した状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the upper surface portion of the cover of the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment and the frame 12 on the upper surface portion side are removed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the right side surface portion and the frame of the cover of the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment are removed.
複数の中間ユニット4は、本体10の内部に、回転軸20と、駆動プーリ30と、摩擦部材40と、調節部材41と、伝達プーリ60と、環状部材としてのベルト70と、調整部材80と、を備える。
また、基端部3は、本体10の内部に、回転軸20と、駆動プーリ30と、摩擦部材40と、伝達プーリ60と、ベルト70と、調整部材80と、を備える。
また、先端ユニット5は、本体10の内部に、回転軸20と、駆動プーリ30と、摩擦部材40と、調節部材41と、を備える。
The plurality of intermediate units 4 are provided inside the main body 10, with a rotating shaft 20, a drive pulley 30, a friction member 40, an adjustment member 41, a transmission pulley 60, a belt 70 as an annular member, and an adjustment member 80. .
The base end portion 3 includes a rotating shaft 20, a drive pulley 30, a friction member 40, a transmission pulley 60, a belt 70, and an adjustment member 80 inside the main body 10.
The tip unit 5 includes a rotating shaft 20, a drive pulley 30, a friction member 40, and an adjustment member 41 inside the main body 10.
回転軸20は、本体10の基端側に、回転自在に支持されている。具体的には、回転軸20は、本体10の下面部111(図3参照)及び上面部の基端側回転軸受け部111c(図3参照)により、両端が回転自在に支持されている。   The rotating shaft 20 is rotatably supported on the base end side of the main body 10. Specifically, both ends of the rotating shaft 20 are rotatably supported by a lower surface portion 111 (see FIG. 3) of the main body 10 and a proximal-side rotation bearing portion 111c (see FIG. 3) of the upper surface portion.
駆動プーリ30は、回転軸20に固定され、基端側からの駆動力により回転する。具体的には、駆動プーリ30は、回転軸20に固定され、当該回転軸20を備える中間ユニット4又は先端ユニット5の基端側に接続された中間ユニット4又は基端部3から、ベルト70を介して駆動力が伝達され、この駆動力により回転する。   The driving pulley 30 is fixed to the rotating shaft 20 and rotates by a driving force from the base end side. Specifically, the drive pulley 30 is fixed to the rotating shaft 20, and is connected to the belt 70 from the intermediate unit 4 or the proximal end portion 3 connected to the proximal end side of the intermediate unit 4 or the distal end unit 5 including the rotating shaft 20. A driving force is transmitted through the motor and rotates by this driving force.
摩擦部材40は、本体10に固定され、回転軸20の外周面20aに接し、外周面20aとの間における所定の摩擦力により、回転軸20に追随して回転する。
また、摩擦部材40は、回転軸20に押圧する力を調節する調節部材41を介して本体10に固定されている。
具体的には、摩擦部材40は、本体10のフレーム12の摩擦部材支持部121(図3参照)に、調節部材41と共に、固定されている。
The friction member 40 is fixed to the main body 10, is in contact with the outer peripheral surface 20 a of the rotary shaft 20, and rotates following the rotary shaft 20 by a predetermined frictional force between the friction member 40 and the outer peripheral surface 20 a.
In addition, the friction member 40 is fixed to the main body 10 via an adjustment member 41 that adjusts the force applied to the rotating shaft 20.
Specifically, the friction member 40 is fixed to the friction member support portion 121 (see FIG. 3) of the frame 12 of the main body 10 together with the adjustment member 41.
本実施形態において、摩擦部材40は、球形状のゴム素材で形成したが、回転軸20の外周面20aに接し、外周面20aとの間に所定の摩擦力を生ずれば、例えば、形状を、外周面20aに接する部分を尖らせた形状や、外周面20aに沿った形状としたり、材質を金属や木材等の任意の材質とすることができる。
また、本実施形態において、調節部材41は、バネ部材で形成したが、摩擦部材40を回転軸20に押圧できる部材であれば、ゴム等の弾性体等の任意の部材で形成することができる。
In the present embodiment, the friction member 40 is formed of a spherical rubber material. However, if the friction member 40 is in contact with the outer peripheral surface 20a of the rotating shaft 20 and generates a predetermined frictional force with the outer peripheral surface 20a, for example, the shape is changed. In addition, the shape in which the portion in contact with the outer peripheral surface 20a is sharpened, the shape along the outer peripheral surface 20a, or the material can be any material such as metal or wood.
In the present embodiment, the adjustment member 41 is formed of a spring member, but can be formed of an arbitrary member such as an elastic body such as rubber as long as the friction member 40 can be pressed against the rotating shaft 20. .
図8は、前記実施形態に係る中間ユニット4の摩擦部材40が回転軸20の外周面20aに接することで発生する力について説明する図である。
図8に示す例では、摩擦部材40は、調節部材41により、回転軸20の外周面20aに、力Fで押しつけられている。これにより、この力Fと摩擦部材40の摩擦係数μとを乗算することで得られる所定の摩擦力Ffが発生する。
これにより、中間ユニット4は、回転軸20の回転方向Lと同一方向に、トルクτfで回転する。
そして、例えば、中間ユニット4の本体10に、ものが接し、このものから外力Fが掛かった場合、摩擦力Ffの反力として、外力Fに、摩擦部材40と回転軸20との接点から外力Fの発生点までの距離dを乗算することで得られる反力Fdが発生する。この時、反力Fdが所定の摩擦力Ffより小さいときには、ものは中間ユニット4と共に移動する。
一方、反力Fdが所定の摩擦力Ffより大きいときには、回転軸20は空転し、中間ユニット4の回転は止まることとなる。なお、このような場合でも、回転軸20が空転することで、駆動力は当該中間ユニット4の先端側に接続された先端ユニット5に伝達される。
FIG. 8 is a diagram for explaining the force generated when the friction member 40 of the intermediate unit 4 according to the embodiment contacts the outer peripheral surface 20a of the rotating shaft 20.
In the example shown in FIG. 8, the friction member 40 is pressed against the outer peripheral surface 20 a of the rotating shaft 20 by the force F by the adjustment member 41. Thus, a predetermined friction force Ff obtained by multiplying the force F by the friction coefficient μ of the friction member 40 is generated.
As a result, the intermediate unit 4 rotates with the torque τf in the same direction as the rotation direction L of the rotary shaft 20.
For example, when an object comes into contact with the main body 10 of the intermediate unit 4 and an external force F is applied from this, an external force F is applied to the external force F as a reaction force of the friction force Ff from the contact point between the friction member 40 and the rotary shaft 20. A reaction force Fd obtained by multiplying the distance d to the generation point of F is generated. At this time, when the reaction force Fd is smaller than the predetermined friction force Ff, the object moves together with the intermediate unit 4.
On the other hand, when the reaction force Fd is larger than the predetermined frictional force Ff, the rotary shaft 20 idles and the rotation of the intermediate unit 4 stops. Even in such a case, the driving force is transmitted to the distal end unit 5 connected to the distal end side of the intermediate unit 4 by the idling of the rotating shaft 20.
図6及び図7に戻って、伝達プーリ60は、回転軸20に固定され、先端側において連結されたユニットに駆動力を伝達する。具体的には、伝達プーリ60は、回転軸20に固定され、先端側に接続された中間ユニット4又は先端ユニット5の駆動プーリ30に、ベルト70を介して駆動力を伝達する。なお、基端部3の伝達プーリ60は、駆動部2により回転される回転軸20Aに固定されている。   Returning to FIG. 6 and FIG. 7, the transmission pulley 60 is fixed to the rotary shaft 20 and transmits the driving force to the units connected on the distal end side. Specifically, the transmission pulley 60 is fixed to the rotary shaft 20 and transmits a driving force via the belt 70 to the driving pulley 30 of the intermediate unit 4 or the tip unit 5 connected to the tip side. In addition, the transmission pulley 60 of the base end part 3 is being fixed to the rotating shaft 20A rotated by the drive part 2. FIG.
ベルト70は、変形自在に形成され、伝達プーリ60と、先端側において連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の駆動プーリ30と、に巻き回され、回転して駆動力を伝達する。なお、本実施形態では、環状部材の一例としてベルトで説明したが、これに限らず、例えば、チェーンやワイヤ等の任意の環状部材を適用できる。   The belt 70 is formed to be deformable and is wound around the transmission pulley 60 and the driving pulley 30 of the intermediate unit 4 or the leading end unit 5 connected on the leading end side, and rotates to transmit the driving force. In the present embodiment, the belt is described as an example of the annular member. However, the present invention is not limited to this, and any annular member such as a chain or a wire can be applied.
調整部材80は、伝達プーリ60と、先端側において連結されたユニットの駆動プーリ30と、の間に配置され、回転軸20と同一方向に延びて、本体10に、回転自在であって、ベルト70と交差して、ベルト70を押圧する方向(図6中左右方向)に移動可能に固定される。具体的には、調整部材80は、軸部材で形成され、その両端が、下面部111と上面部の調整部材受け部111b(図3参照)及びフレーム12の調整部材支持部122(図3参照)において、図6に示す左右方向にスライド可能に固定されている。   The adjusting member 80 is disposed between the transmission pulley 60 and the driving pulley 30 of the unit connected on the tip end side, extends in the same direction as the rotary shaft 20, and is rotatable on the main body 10. The belt 70 is fixed so as to be movable in the direction in which the belt 70 is pressed (left and right direction in FIG. 6). Specifically, the adjustment member 80 is formed of a shaft member, and both ends of the adjustment member 80 are the lower surface portion 111, the adjustment member receiving portion 111 b on the upper surface portion (see FIG. 3), and the adjustment member support portion 122 of the frame 12 (see FIG. 3). ) Is slidably fixed in the left-right direction shown in FIG.
次に、前記実施形態に係るマルチジョイント機構1の動作について説明する。
まず、マルチジョイント機構1の基端部3の伝達プーリ60が駆動部2により回転する。この回転による駆動力は、基端側の中間ユニット4の駆動プーリ30に伝達され、この駆動プーリ30が回転する。これに伴い、この駆動プーリ30が固定された回転軸20が回転し、更に、この回転軸20に固定された伝達プーリ60が回転する。そして、この伝達プーリ60の回転力は、この伝達プーリ60に巻き回されたベルト70を回転する駆動力となり、この駆動力は、このベルト70が巻き回された、先端側に連結されたユニットの駆動プーリ30に伝達される。この伝達された駆動力により、先端側において連結された中間ユニット4の駆動プーリ30が回転する。これに伴い、この駆動プーリ30が固定された回転軸20が回転する。この回転による駆動力は、同様に、先端ユニット5に伝達される。
Next, the operation of the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment will be described.
First, the transmission pulley 60 of the base end portion 3 of the multi-joint mechanism 1 is rotated by the drive unit 2. The driving force by this rotation is transmitted to the driving pulley 30 of the intermediate unit 4 on the base end side, and the driving pulley 30 rotates. Along with this, the rotating shaft 20 to which the drive pulley 30 is fixed rotates, and further, the transmission pulley 60 fixed to the rotating shaft 20 rotates. The rotational force of the transmission pulley 60 becomes a driving force for rotating the belt 70 wound around the transmission pulley 60, and this driving force is a unit connected to the front end side around which the belt 70 is wound. Is transmitted to the drive pulley 30. Due to the transmitted driving force, the driving pulley 30 of the intermediate unit 4 connected on the front end side rotates. Accordingly, the rotating shaft 20 to which the drive pulley 30 is fixed rotates. Similarly, the driving force by this rotation is transmitted to the tip unit 5.
そして、中間ユニット4及び先端ユニット5において、回転軸20の外周面20aに接する摩擦部材40は、摩擦力により回転軸20に追随して回転する。また、摩擦部材40の回転に伴い、この摩擦部材40が固定された本体10も回転する。
ここで、例えば、中間ユニット4の本体10にものが当接したことに起因する外力に基づく反力の大きさが、所定の摩擦力を越えると、摩擦部材40は回転軸20の回転に追随できなくなり、回転軸20は空転し、中間ユニット4の本体10の回転も停止する。即ち、本体10に当接したものに対して、所定の摩擦力と相殺される以上の負荷を掛けることはない。
一方、この場合であっても、回転軸20は回転しているので、駆動力は、先端側の、例えば、先端ユニット5に伝達され、先端ユニット5の本体10は回転し続ける。
In the intermediate unit 4 and the tip unit 5, the friction member 40 in contact with the outer peripheral surface 20 a of the rotating shaft 20 rotates following the rotating shaft 20 by a frictional force. As the friction member 40 rotates, the main body 10 to which the friction member 40 is fixed also rotates.
Here, for example, when the magnitude of the reaction force based on the external force resulting from the contact of the body 10 with the intermediate unit 4 exceeds a predetermined friction force, the friction member 40 follows the rotation of the rotary shaft 20. The rotary shaft 20 is idled and the rotation of the main body 10 of the intermediate unit 4 is also stopped. That is, a load that is more than offset with a predetermined frictional force is not applied to the object in contact with the main body 10.
On the other hand, even in this case, since the rotating shaft 20 is rotating, the driving force is transmitted to, for example, the tip unit 5 on the tip side, and the main body 10 of the tip unit 5 continues to rotate.
マルチジョイント機構1は、上記の構成で動作することで、中間ユニット4及び先端ユニット5の配置パターンが、マルチジョイント機構1で扱うものによって、柔軟に変化する。
図9乃至図11は、前記実施形態に掛かるマルチジョイント機構1における、中間ユニット4及び先端ユニット5の配置パターンの一例を示す図である。
マルチジョイント機構1は、駆動力が伝達されると、中間ユニット4及び先端ユニット5の動作を遮るものがない場合(動作対象がない場合)には、図2に示すような所定位置の配置パターンとなる。
The multi-joint mechanism 1 operates in the above-described configuration, so that the arrangement pattern of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 changes flexibly depending on what the multi-joint mechanism 1 handles.
9 to 11 are views showing an example of an arrangement pattern of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 in the multi-joint mechanism 1 according to the embodiment.
When the driving force is transmitted, the multi-joint mechanism 1 has an arrangement pattern of predetermined positions as shown in FIG. 2 when there is nothing to block the operation of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 (when there is no operation target). It becomes.
図9は、マルチジョイント機構1の動作対象として、比較的硬い円柱状の物S1があった場合における中間ユニット4及び先端ユニット5の配置パターンを示している。この例の場合、マルチジョイント機構1は、物S1を掴んでいる。
また、図10は、マルチジョイント機構1の動作対象として、比較的柔らかい物S2があった場合における中間ユニット4及び先端ユニット5の配置パターンを示している。この例の場合も、マルチジョイント機構1は、物S2を掴んでいる。
また、図11、マルチジョイント機構1の動作対象が人Hである場合の配置パターンを示している。この例の場合、マルチジョイント機構1は、横たわった人Hを起こしている。
FIG. 9 shows an arrangement pattern of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 when there is a relatively hard cylindrical object S1 as an operation target of the multi-joint mechanism 1. In the case of this example, the multi-joint mechanism 1 holds the object S1.
FIG. 10 shows an arrangement pattern of the intermediate unit 4 and the tip unit 5 when there is a relatively soft object S2 as an operation target of the multi-joint mechanism 1. Also in this example, the multi-joint mechanism 1 holds the object S2.
FIG. 11 shows an arrangement pattern when the operation target of the multi-joint mechanism 1 is a person H. In this example, the multi-joint mechanism 1 wakes up the person H who lay down.
このように、複数の中間ユニット4及び先端ユニット5は、各ユニットを、例えば、コントローラにより個別に制御したり、各ユニットの負荷を検知するセンサを設けたりしなくとも、各ユニットが個別に回転して、マルチジョイント機構1において扱うものの形状や重さによって、柔軟な配置パターンにすることができる。
したがって、各ユニットを個別に制御することなく、センサを使用せずとも様々な形状や質量の異なる対象の特徴に応じた態様で各ユニットを動作させることができるマルチジョイント機構を提供できる。
As described above, each of the plurality of intermediate units 4 and the tip unit 5 can be rotated individually without individually controlling each unit by, for example, a controller or providing a sensor for detecting the load of each unit. Thus, a flexible arrangement pattern can be obtained depending on the shape and weight of the object handled in the multi-joint mechanism 1.
Therefore, it is possible to provide a multi-joint mechanism capable of operating each unit in a manner corresponding to the characteristics of objects having various shapes and masses without using a sensor without individually controlling each unit.
また、摩擦部材40を、回転軸20に押圧する力を調節する調節部材41を介して本体10に固定したので、調節部材41によって、押圧する力を調節し、回転軸20と摩擦部材40との間の摩擦力を調節できる。
これにより、例えば、マルチジョイント機構1において扱うものが、壊れやすいものであれば摩擦力を比較的小さくなるように調節し、扱うものが重ければ摩擦力を比較的大きくなるように調節することができる。
In addition, since the friction member 40 is fixed to the main body 10 via the adjustment member 41 that adjusts the pressing force against the rotating shaft 20, the pressing force is adjusted by the adjusting member 41, and the rotating shaft 20, the friction member 40, You can adjust the friction force between.
As a result, for example, if something handled in the multi-joint mechanism 1 is fragile, the frictional force is adjusted to be relatively small, and if something to be handled is heavy, the frictional force is adjusted to be relatively large. it can.
また、調整部材80を、基端部3及び中間ユニット4に設け、伝達プーリ60と、先端側に連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の駆動プーリ30と、の間に配置して、ベルト70と交差して、ベルト70を押圧する方向に移動可能とした。
これにより、ベルト70は、伝達プーリ60と、先端側に連結された中間ユニット4又は先端ユニット5の駆動プーリ30と、の間において、調整部材80により押圧される。
Further, the adjustment member 80 is provided on the base end portion 3 and the intermediate unit 4, and is disposed between the transmission pulley 60 and the driving pulley 30 of the intermediate unit 4 or the front unit 5 connected to the front end side, and the belt. The belt 70 can be moved in the direction of pressing the belt 70.
Thereby, the belt 70 is pressed by the adjustment member 80 between the transmission pulley 60 and the drive pulley 30 of the intermediate unit 4 or the tip unit 5 connected to the tip side.
また、本体10の左側面部112の先端は、左側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。右側面部113の基端及び先端は、右側に回転したユニットの回転限界位置を規定する。
これにより、左側面部112の先端の位置と、右側面部113の基端及び先端の位置とにより、各ユニットの回転可能範囲を規定できる。
Further, the front end of the left side surface portion 112 of the main body 10 defines the rotation limit position of the unit rotated to the left side. The proximal end and the distal end of the right side surface 113 define the rotation limit position of the unit rotated to the right side.
Thereby, the rotatable range of each unit can be defined by the position of the distal end of the left side surface portion 112 and the positions of the proximal end and the distal end of the right side surface portion 113.
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1 マルチジョイント機構
4 中間ユニット
5 先端ユニット
10 本体
20 回転軸
30 駆動プーリ
40 摩擦部材
111c 基端側回転軸受け部
60 伝達プーリ
70 ベルト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi joint mechanism 4 Intermediate | middle unit 5 Tip unit 10 Main body 20 Rotating shaft 30 Drive pulley 40 Friction member 111c Base end side rotating bearing part 60 Transmission pulley 70 Belt

Claims (4)

  1. 複数のユニットが直列に連結され、基端側のユニットから先端側のユニットに駆動力を伝達するマルチジョイント機構であって、
    前記ユニットは、
    前記ユニットの外形を形成する本体と、
    前記本体の基端側回転軸受け部に、回転自在に支持された回転軸と、
    前記回転軸に固定され、基端側からの駆動力により回転する駆動プーリと、
    前記本体に固定され、前記回転軸の外周面に接し、前記外周面との間における所定の摩擦力により、前記回転軸に追随して回転する摩擦部材と、を備え、
    最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、更に、
    前記本体の先端側に、先端側において連結された前記ユニットの前記回転軸を回転自在に支持する回転軸受け部と、
    前記回転軸に固定され、先端側において連結された前記ユニットに駆動力を伝達する伝達プーリと、
    変形自在に形成されており、前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、に巻き回された状態で回転して駆動力を伝達する環状部材と、を備え、
    前記摩擦部材は、複数の前記ユニットにそれぞれ設けられ、前記回転軸が延びる方向と直交する方向から前記回転軸の外周面に押圧する力を調節する調節部材を介して前記本体に固定されており
    前記摩擦部材及び前記調節部材は、前記本体の前記基端側回転軸受け部に面する位置から先端側に向けて形成されている摩擦部材支持部に支持されているマルチジョイント機構。
    A multi-joint mechanism in which a plurality of units are connected in series, and a driving force is transmitted from a base end unit to a front end unit,
    The unit is
    A main body forming the outer shape of the unit;
    A rotation shaft rotatably supported by the base end side rotation bearing portion of the main body;
    A driving pulley fixed to the rotating shaft and rotated by a driving force from the base end side;
    A friction member fixed to the main body, in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft, and rotating following the rotating shaft by a predetermined friction force between the outer peripheral surface, and
    The unit connected to the base end side of the unit arranged at the forefront is further
    A rotation bearing portion that rotatably supports the rotation shaft of the unit coupled to the distal end side of the main body on the distal end side;
    A transmission pulley that is fixed to the rotating shaft and that transmits a driving force to the unit connected on the tip side;
    An annular member that is formed so as to be deformable, and that rotates in a state of being wound around the transmission pulley and the driving pulley of the unit connected on the front end side to transmit a driving force,
    The friction member is provided in each of the plurality of units, and is fixed to the main body via an adjustment member that adjusts a force pressing the outer peripheral surface of the rotating shaft from a direction orthogonal to a direction in which the rotating shaft extends. ,
    The multi-joint mechanism in which the friction member and the adjustment member are supported by a friction member support portion that is formed from the position facing the base-side rotation bearing portion of the main body toward the distal end side .
  2. 最先端に配置されるユニットの基端側に連結されるユニットは、
    前記伝達プーリと、先端側において連結された前記ユニットの前記駆動プーリと、の間に配置され、前記回転軸と同一方向に延びて、前記本体に、回転自在であって、前記環状部材と交差して、前記環状部材を押圧する方向に移動可能に固定された調整部材を、更に備える請求項1に記載のマルチジョイント機構。
    The unit connected to the base end side of the unit placed at the forefront is
    Arranged between the transmission pulley and the drive pulley of the unit connected at the front end side, extends in the same direction as the rotating shaft, is rotatable on the main body, and intersects the annular member The multi-joint mechanism according to claim 1, further comprising an adjustment member fixed so as to be movable in a direction of pressing the annular member.
  3. 前記本体は、前記回転軸に平行して配置された、互いに対面する側面部を備え、
    一方の側面部の先端は、当該ユニットの先端側に連結され、一方側に回転した前記ユニットの一方の前記側面部の中央部分と当接し、
    他方の前記側面部の基端は、当該ユニットの基端側に連結された前記ユニットの他方の前記側面部の先端に当接する請求項1又は2に記載のマルチジョイント機構。
    The main body includes side portions facing each other and arranged in parallel to the rotation axis,
    The tip of one side part is connected to the tip side of the unit, and abuts against the central part of the one side part of the unit rotated to one side,
    3. The multi-joint mechanism according to claim 1, wherein a base end of the other side surface portion abuts on a front end of the other side surface portion of the unit connected to the base end side of the unit.
  4. 請求項1からのいずれかに記載のマルチジョイント機構による配置パターン生成方法であって、
    基端側の前記ユニットから、先端側の前記ユニットに駆動力が伝達されて、複数の前記ユニットが、所定方向に回転するステップと、
    複数の前記ユニットの前記本体の少なくとも1つに、外力が作用するステップと、
    複数の前記ユニットのうち、前記摩擦部材と前記回転軸の外周面との間の摩擦力に対する、前記外力に起因する反力の大きさが、前記所定の摩擦力を越えた前記ユニットは回転を停止し、前記外力が作用していない前記ユニット及び前記反力が前記所定の摩擦力を越えていない前記ユニットは所定位置まで回転するステップと、
    を含む配置パターン生成方法。
    An arrangement pattern generation method using a multi-joint mechanism according to any one of claims 1 to 3 ,
    A driving force is transmitted from the proximal-side unit to the distal-side unit, and the plurality of units rotate in a predetermined direction; and
    An external force acting on at least one of the main bodies of the plurality of units;
    Among the plurality of units, the unit whose reaction force caused by the external force with respect to the friction force between the friction member and the outer peripheral surface of the rotating shaft exceeds the predetermined friction force rotates. Stopping the unit in which the external force is not acting and the unit in which the reaction force does not exceed the predetermined frictional force rotating to a predetermined position;
    An arrangement pattern generation method including:
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