JP6408767B2

JP6408767B2 - 連結装置

Info

Publication number: JP6408767B2
Application number: JP2014015693A
Authority: JP
Inventors: 榮輔沈; 寧道權; 炳浚崔; 容載金; 慶植盧; ▲みん▼ 炯李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: US9416855B2; US20140331798A1; EP2801452B1; EP2801452A3; KR102127215B1; JP2014217943A; EP2801452A2; KR20140132837A; CN104141762A; CN104141762B

Description

技術分野は、ワイヤーを用いて各リンクを駆動する連結装置に関する。

複数のリンクで構成された機構を駆動するための構造として、ワイヤーを用いた駆動構造がある。ワイヤーを用いた駆動構造を使用する場合、駆動対象になるリンク又は各リンクを連結する関節に直接駆動機を連結せず、動きがない部分又は動きが少ない部分に駆動機を位置させることができ、リンクの重さ、サイズ、慣性を最小化できるので、駆動効率及びロボットの安定性の面で有利な設計が可能である。

ワイヤーを用いた駆動構造において、ワイヤーは、一般に多数の動くリンクを経由して駆動機に連結される。このとき、対象リンク（エンドエフェクタ）と駆動機との間に存在するリンク及び各リンクを連結する関節の動きによってワイヤーの経路の長さが変わり、これは、対象リンクの望まない動き（ＣｏｕｐｌｅｄＭｏｔｉｏｎ）を誘発するようになる。

リンクの動き伴うワイヤー長さの変動を補償し、対象リンクの望まない動きを防止できる連結装置を提供する。

開示した技術的思想による連結装置は、リンクユニットと、該リンクユニットを駆動するための駆動ユニットとを含み、前記リンクユニットは、第１のリンクと、該第１のリンクに回転可能に結合される第２のリンクと、該第２のリンクに回転可能に結合される第３のリンクと、その一端は前記第３のリンクに固定され、その他端は前記駆動ユニットに固定され、前記駆動ユニットから前記第３のリンクに駆動力を伝達する複数のワイヤーと、前記駆動ユニットと前記第３のリンクとの間の前記ワイヤーの経路を形成する経路形成部材と、前記駆動ユニットと前記第３のリンクとの間の前記ワイヤーの長さを一定に維持する長さ維持部材とを含むことを特徴とする。

前記第１のリンクは、互いに離隔して配置される第１の回転軸及び第２の回転軸を含み、前記第２のリンクは前記第１の回転軸を中心に回転し、前記経路形成部材は、前記第１の回転軸に回転可能に結合される少なくとも一つの第１のプーリーと、前記第２の回転軸に回転可能に結合される少なくとも一つの第２のプーリー及び第３のプーリーと、前記第２のプーリーに回転可能に結合される複数の第４のプーリーとを含むことができる。

前記複数のワイヤーは、前記第３のリンクに固定して巻き、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーを順次経て前記駆動ユニットに固定することができる。

前記複数のワイヤーは、少なくとも一つの第１のワイヤーと、少なくとも一つの第２のワイヤーとを含み、前記第１のワイヤーは、前記第１のプーリーに第１の方向に巻き、前記第２のプーリー及び前記第４のプーリーに前記第１の方向と反対の第２の方向に巻き、前記第３のプーリーに前記第１の方向に巻くことができる。

前記第２のワイヤーは、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーにそれぞれ前記第１のワイヤーと反対の方向に巻くことができる。

前記長さ維持部材は、前記第２のリンクに設けられる第１の連動ギアと、前記第２のプーリーに設けられて前記第１の連動ギアと噛み合う第２の連動ギアとを含むことができる。

前記第２の連動ギアは、前記第２のリンクと反対の方向に回転することができる。

前記第１のプーリーの半径と前記第２のプーリーの半径との和は、前記第１のプーリーの回転中心と前記第２のプーリーの回転中心との間の直線距離と同一であり得る。

前記第３のプーリーの半径と前記第４のプーリーの直径との和は、前記第２のプーリーの半径と同一であり得る。

前記複数の第４のプーリーは、一対で構成されており、前記第１のプーリーの回転中心と前記第２のプーリーの回転中心とを連結する直線を中心に互いに対称になり得る。

前記複数のワイヤーは、一対の第１のワイヤーと、一対の第２のワイヤーとを含み、前記第３のリンクと前記第１のプーリーとの間に配置され、前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ分岐する第１の分岐ローラー及び第２の分岐ローラーと、前記第３のプーリーと前記駆動ユニットとの間に配置され、分岐された前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ結合する第１の結合ローラー及び第２の結合ローラーとを含むことができる。

前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーは、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーに互いに反対の方向に巻くことができる。

また、開示した技術的思想による連結装置は、リンクユニットと、該リンクユニットを駆動するための駆動ユニットとを含むロボットにおいて、前記リンクユニットは、第１のリンクと、該第１のリンクに回転可能に結合される第２のリンクと、該第２のリンクに回転可能に結合される第３のリンクと、前記第２のリンクと同軸上に配置されて自由に回転する第１のプーリーと、前記第２のリンクと連動して回転する第２のプーリーと、該第２のプーリーと同軸上に配置されて自由に回転する第３のプーリーと、前記第２のプーリーに自由に回転可能に結合される第４のプーリーと、前記第３のリンクから前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーを順次経て前記駆動ユニットに連結される複数のワイヤーとを含むことを特徴とする。

前記複数のワイヤーは、少なくとも一つの第１のワイヤーと、少なくとも一つの第２のワイヤーとを含み、前記第１のワイヤーは、前記第１のプーリーに第１の方向に巻き、前記第２のプーリー及び前記第４のプーリーに前記第１の方向と反対の第２の方向に巻き、前記第３のプーリーに前記第１の方向に巻くことができ、前記第２のワイヤーは、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーにそれぞれ前記第１のワイヤーと反対の方向に巻くことができる。

前記第２のリンクに設けられる第１の連動ギアと、前記第２のプーリーに設けられて前記第１の連動ギアと噛み合う第２の連動ギアとを含むことができる。

前記第２のリンクが前記第１の方向に回転すると、前記第２のプーリーは前記第２の方向に回転し、前記第３のリンクと前記駆動ユニットとの間の前記第１のワイヤー及び前記第２のワイヤーの長さを一定に維持し、前記第２のリンクが前記第２の方向に回転すると、前記第２のプーリーは前記第１の方向に回転し、前記第３のリンクと前記駆動ユニットとの間の前記第１のワイヤー及び前記第２のワイヤーの長さを一定に維持することができる。

本発明の連結装置によると、リンクの動きに伴うワイヤー長さの変動を補償し、対象リンクの望まない動きを防止することができる。

一実施例に係るリンクユニット及び駆動ユニットを示した図である。リンクユニットが駆動されて動作する状態を示した図である。リンクユニットが駆動されて動作する状態を示した図である。各ワイヤーの長さを一定に維持するための第１の連動ギアと第２の連動ギアとの間の回転比を説明するための図である。他の実施例に係るリンクユニット及び駆動ユニットを示した図であって、第１のワイヤー及び第２のワイヤーの経路形成構造を示した図である。他の実施例に係るリンクユニット及び駆動ユニットを示した図であって、第１のワイヤー及び第２のワイヤーの経路形成構造を示した図である。各ワイヤーに加えられる張力の差が相殺される原理を説明するための図である。各ワイヤーに加えられる張力の差が相殺される原理を説明するための図である。

以下では、添付の図面を参照して実施例を詳細に説明する。説明の便宜上、第１の方向Ａは時計方向を意味し、第２の方向Ｂは反時計方向を意味する。

図１は、一実施例に係るリンクユニット及び駆動ユニットを示した図で、図２Ａ及び図２Ｂは、リンクユニットが駆動されて動作する状態を示した図である。

図１ないし図２Ｂに示したように、ワイヤー連結装置１０は、リンクユニット１００と、リンクユニット１００を駆動するための駆動ユニット２００とを含んで構成される。

リンクユニット１００は、一列に配置される複数のリンク１１０、１２０、１３０と、駆動ユニット２００の駆動力をエンドエフェクタ（ＥｎｄＥｆｆｅｃｔｏｒ）１３０に伝達する複数のワイヤー１４０、１５０と、駆動ユニット２００とエンドエフェクタ１３０との間の複数のワイヤー１４０、１５０の経路を形成する経路形成部材１６０と、駆動ユニット２００とエンドエフェクタ１３０との間の複数のワイヤー１４０、１５０の長さを一定に維持する長さ維持部材１７０とを含む。

複数のリンク１１０、１２０、１３０は、ベースリンク１１０と、ベースリンク１１０に回転可能に結合されるミドルリンク１２０と、ミドルリンク１２０に回転可能に結合されるエンドエフェクタ１３０とを含む。

ベースリンク１１０は、ミドルリンク１２０及び後述する第１のプーリー１６２が回転可能に結合される第１の回転軸１１２と、後述する第２のプーリー１６４及び第３のプーリー１６６が回転可能に結合される第２の回転軸１１４とを含む。第１の回転軸１１２と第２の回転軸１１４はベースリンク１１０の一側面から突出し、ベースリンク１１０の一側面上に離隔して配置される。

ミドルリンク１２０は、エンドエフェクタ１３０が回転可能に結合される第３の回転軸１２２を含む。

エンドエフェクタ１３０には、複数のワイヤー１４０、１５０の一端が固定される第１のワイヤー固定部１３２及び第２のワイヤー固定部１３４が設けられる。

ここで、エンドエフェクタ１３０がリンクユニット１００の終端又は最後のリンクに限定されることはなく、エンドエフェクタ１３０は、各リンク間の他のミドルリンクにもなり得る。したがって、以下では、便宜上、ベースリンク１１０、ミドルリンク１２０、エンドエフェクタ１３０を駆動ユニット２００に近い順にそれぞれ第１のリンク１１０、第２のリンク１２０、第３のリンク１３０と称する。

複数のワイヤー１４０、１５０は、第３のリンク１３０の回転を具現するための第１のワイヤー１４０及び第２のワイヤー１５０を含む。

第１のワイヤー１４０の一端１４２は、第３のリンク１３０の第１のワイヤー固定部１３２に固定され、第１のワイヤー１４０の他端１４４は、ワイヤーの長さを測定する基準点になる駆動ユニット２００の第３のワイヤー固定部２１２に固定される。

同様に、第２のワイヤー１５０の一端１５２は、第３のリンク１３０の第２のワイヤー固定部１３４に固定され、第２のワイヤー１５０の他端１５４は、ワイヤーの長さを測定する基準点になる駆動ユニット２００の第４のワイヤー固定部２１４に固定される。

第２のリンク１２０及び第３のリンク１３０は、第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０に加えられる張力差によって第１の方向Ａ又は第１の方向Ａと反対の第２の方向Ｂに回転する。

経路形成部材１６０は、第１の回転軸１１２に回転可能に結合される第１のプーリー１６２と、第２の回転軸１１４に回転可能に結合される第２のプーリー１６４と、第２の回転軸１１４に回転可能に結合され、第２の回転軸１１４の軸方向に第２のプーリー１６４と離隔して配置される第３のプーリー１６６と、第２のプーリー１６４に回転可能に結合される一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂとを含む。

第１のプーリー１６２は、第１の回転軸１１２上で自由に回転できるように第１の回転軸１１２に結合される。第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０は、互いに反対の方向に第１のプーリー１６２に巻かれる。図２Ａ及び図２Ｂの実施例の場合、第１のワイヤー１４０は、第１のワイヤー固定部１３２から見たときに第１のプーリー１６２に第１の方向Ａに巻かれ、第２のワイヤー１５０は、第２のワイヤー固定部１３４から見たときに第１のプーリー１６２に第２の方向Ｂに巻かれる。

第２のプーリー１６４は、後述する長さ維持部材１７０によって第２のリンク１２０と連動して回転し、一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂが回転可能に結合される一対の第４の回転軸１６４ａ、１６４ｂを含む。第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０は、互いに反対の方向に第２のプーリー１６４に巻かれる。図２Ａ及び図２Ｂの実施例の場合、第１のワイヤー１４０は、第１のワイヤー固定部１３２から見たときに第２のプーリー１６４に第２の方向Ｂに巻かれ、第２のワイヤー１５０は、第２のワイヤー固定部１３４から見たときに第２のプーリー１６４に第１の方向Ａに巻かれる。

第１のプーリー１６２と第２のプーリー１６４は、第１のプーリー１６２の半径Ｒ１と第２のプーリー１６４の半径Ｒ２との和が、第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１と第２のプーリー１６４の回転中心Ｃ２との間の直線Ｌ１の長さと同一になるように配置することができる。

第３のプーリー１６６は、第２の回転軸１１４上で自由に回転できるように第２の回転軸１１４に結合される。第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０は、互いに反対の方向に第３のプーリー１６６に巻かれる。図２Ａ及び図２Ｂの実施例の場合、第１のワイヤー１４０は、第１のワイヤー固定部１３２から見たときに第３のプーリー１６６に第１の方向Ａに巻かれ、第２のワイヤー１５０は、第２のワイヤー固定部１３４から見たときに第３のプーリー１６６に第２の方向Ｂに巻かれる。

一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂは、それぞれ一対の第４の回転軸１６４ａ、１６４ｂ上で自由に回転できるように結合される。第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０は、互いに反対の方向に第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂにそれぞれ巻かれる。図２Ａ及び図２Ｂの実施例の場合、第１のワイヤー１４０は、第１のワイヤー固定部１３２から見たとき、一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうちいずれか一つの第４のプーリー１６８ｂに第２の方向Ｂに巻かれ、第２のワイヤー１５０は、第２のワイヤー固定部１３４から見たとき、他の一つの第４のプーリー１６８ａに第１の方向Ａに巻かれる。

第３のプーリー１６６と一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂは、第３のプーリー１６６の半径Ｒ３と一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうちいずれか一つの直径（２＊Ｒ４）との和が、第２のプーリー１６４の半径Ｒ２と同一になるように配置することができる。

また、一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂは、図１に示すように第１乃至第３のリンク１１０、１２０、１３０が一直線上に配置されるとき、第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１と第２のプーリー１６４の回転中心Ｃ２とを連結する直線Ｌ１を中心に互いに対称になる位置に配置することができる。

以上で説明した経路形成部材１６０によって形成される第１のワイヤー１４０と第２のワイヤー１５０の経路を要約すると、第１のワイヤー１４０は、第１のワイヤー固定部１３２に固定されて第２のリンク１２０の長手方向に沿って進行しながら、第１のプーリー１６２に第１の方向Ａに巻かれ、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ｂに第２の方向Ｂに巻かれ、第３のプーリー１６６に第１の方向Ａに巻かれた後、第３のワイヤー固定部２１２に固定される。第２のワイヤー１５０は、第２のワイヤー固定部１３４に固定されて第２のリンク１２０の長手方向に沿って進行しながら、第１のプーリー１６２に第２の方向Ｂに巻かれ、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ａに第１の方向Ａに巻かれ、第３のプーリー１６６に第２の方向Ｂに巻かれた後、第４のワイヤー固定部２１４に固定される。

長さ維持部材１７０は、第２のリンク１２０に設けられる第１の連動ギア１７２と、第２のプーリー１６４に設けられて第１の連動ギア１７２と噛み合う第２の連動ギア１７４とを含む。第１の連動ギア１７２は第２のリンク１２０と一体に形成することができ、第２の連動ギア１７４は第２のプーリー１６４と一体に形成することができる。

第２の連動ギア１７４は、第２のリンク１２０が第１のリンク１１０に対して相対的に回転する過程で、第２のプーリー１６４を第２のリンク１２０の回転方向と反対の方向に回転させることによって、第２のプーリー１６４に配置された第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂの位置を移動させて、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０の長さ及び第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０の長さを一定に維持させる。

図２Ａに示したように、第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２が第１の方向Ａに回転すると、第１の連動ギア１７２と噛み合った第２の連動ギア１７４及び第２のプーリー１６４（及び第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂ）が第２の方向Ｂに回転し、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０の長さ及び第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０の長さを一定に維持させる。

第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２の第１の方向Ａ回転により、第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第１のワイヤー１４０の長さは、図１に示した第２のリンク１２０が第１のリンク１１０と一直線上に配置された状態に比べて減少する。しかし、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ｂの第２の方向Ｂ回転により、第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第３のワイヤー固定部２１２までの第１のワイヤー１４０の長さが増加する。したがって、第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第１のワイヤー１４０の減少した長さを補償することによって、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０は、曲がりや反りが生じることなく常に一定の長さに維持される。

また、第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２の第１の方向Ａ回転により、第２のワイヤー固定部１３４から第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第２のワイヤー１５０の長さは、図１に示した第２のリンク１２０が第１のリンク１１０と一直線上に配置された状態に比べて増加する。しかし、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ａの第２の方向Ｂ回転により、第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第４のワイヤー固定部２１４までの第２のワイヤー１５０の長さが減少する。したがって、第２のワイヤー固定部１３４から第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第２のワイヤー１５０の増加した長さを補償することによって、第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０は、曲がりや反りが生じることなく常に一定の長さに維持される。

図２Ｂに示したように、第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２が第２の方向Ｂに回転すると、第１の連動ギア１７２と噛み合った第２の連動ギア１７４及び第２のプーリー１６４（及び第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂ）が第１の方向Ａに回転し、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０の長さ及び第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０の長さを一定に維持させる。

第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２の第２の方向Ｂ回転により、第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第１のワイヤー１４０の長さは、図１に示した第２のリンク１２０が第１のリンク１１０と一直線上に配置された状態に比べて増加する。しかし、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ａの第１の方向Ａ回転により、第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第３のワイヤー固定部２１２までの第１のワイヤー１４０の長さが減少する。したがって、第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第１のワイヤー１４０の増加した長さを補償することによって、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０は、曲がりや反りが生じることなく常に一定の長さに維持される。

また、第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２の第２の方向Ｂ回転により、第２のワイヤー固定部１３４から第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第２のワイヤー１５０の長さは、図１に示した第２のリンク１２０が第１のリンク１１０と一直線上に配置された状態に比べて減少する。しかし、第２のプーリー１６４及び第４のプーリー１６８ｂの第１の方向Ａ回転により、第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第４のワイヤー固定部２１４までの第２のワイヤー１５０の長さが増加する。したがって、第２のワイヤー固定部１３４から第２のワイヤー１５０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの第２のワイヤー１５０の減少した長さを補償することによって、第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０は、曲がりや反りが生じることなく常に一定の長さに維持される。

図３は、各ワイヤーの長さを一定に維持するための第１の連動ギアと第２の連動ギアとの間の回転比を説明するための図である。

図３に示したように、第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２が第１の方向Ａに角度θａ゜だけ回転し、第２のプーリー１６４が第２のリンク１２０及び第１の連動ギア１７２と連動して第２の方向Ｂに角度θｂ゜だけ回転するとき、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０の長さが一定に維持されると仮定すると、第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの減少した第１のワイヤー１４０の長さＬａは、下記に示す通りである。なお、角度θａ、θｂの単位はｒａｄであってもよい。

Ｌａ＝Ｒ１＊θａ…（１）
一方、第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第３のワイヤー固定部２１２までの増加した第１のワイヤー１４０の長さＬｂは、下記に示す通りである。

Ｌｂ＝（Ｒ２＊θｂ）＋（Ｒ３＊θｂ）…（２）
また、第３のプーリー１６６の半径Ｒ３と、一対の第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうちいずれか一つの直径（２＊Ｒ４）との和は第２のプーリー１６４の半径Ｒ２と同一であるので、下記の式が成立する。

Ｒ２＝Ｒ３＋（２＊Ｒ４）…（３）
（３）式を（２）式に代入すると、下記のように整理される。

Ｌｂ＝２＊θｂ＊（Ｒ３＋Ｒ４）…（４）
第１のワイヤー固定部１３２から第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋまでの減少した第１のワイヤー１４０の長さＬａと、第１のワイヤー１４０が第２のリンク１２０から分離されて第２のプーリー１６４に巻かれ始める地点Ｋから第３のワイヤー固定部２１２までの増加した第１のワイヤー１４０の長さＬｂは同一であるので、下記のように示すことができる。

Ｒ１＊θａ＝２＊θｂ＊（Ｒ３＋Ｒ４）…（５）
（５）式を再び整理すると、下記に示す通りである。

θａ／θｂ＝２＊（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ１…（６）
したがって、第１のワイヤー１４０の長さを一定に維持するための第１の連動ギア１７２と第２の連動ギア１７４との間の回転比は、下記に示す通りである。

θａ：θｂ＝２＊（Ｒ３＋Ｒ４）：Ｒ１
第２のワイヤー１５０の長さを一定に維持するための第１の連動ギア１７２と第２の連動ギア１７４との間の回転比も同一であるので、それについての詳細な説明は省略する。

このように、第２のリンク１２０が第１の方向Ａ又は第２の方向Ｂに回転する過程で、第１の連動ギア１７２と第２の連動ギア１７４との連動により、第１のワイヤー固定部１３２と第３のワイヤー固定部２１２との間の第１のワイヤー１４０の長さ及び第２のワイヤー固定部１３４と第４のワイヤー固定部２１４との間の第２のワイヤー１５０が、曲がりや反りが生じることなく常に一定の長さに維持されるので、第３のリンク１３０が第２のリンク１２０に対して望まない方向に相対的に回転する現象が防止される。

以下では、他の実施例について説明する。ここでは、以上で説明した一実施例と同一の部分についての説明は省略する。

図４Ａ及び図４Ｂは、他の実施例に係るリンクユニット及び駆動ユニットを示した図であって、第１のワイヤー及び第２のワイヤーの経路形成構造を示した図である。

第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂと第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂは、同一の一つのリンクユニットに含まれて同時に作動する構成であるが、説明の便宜上、図４Ａ及び図４Ｂにそれぞれ分けて示した。

図４Ａ及び図４Ｂに示したように、複数のワイヤー１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂは、一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂと、一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂとを含み、リンクユニット１００は、第３のリンク１３０と第１のプーリー１６２との間に配置されて一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂを分岐する第１の分岐ローラー１８２と、第１の分岐ローラー１８２と離隔しており、第３のリンク１３０と第１のプーリー１６２との間に配置されて一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂを分岐する第２の分岐ローラー１８４と、第３のプーリー１６６と駆動ユニット２００との間に配置され、第１の分岐ローラー１８２によって分岐された一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂを結合する第１の結合ローラー１９２と、第１の結合ローラー１９２と離隔しており、第３のプーリー１６６と駆動ユニット２００との間に配置され、第２の分岐ローラー１８４によって分岐された一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂを結合する第２の結合ローラー１９４とをさらに含む。

一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂは、第１のワイヤー固定部１３２に固定されて第２のリンク１２０の長手方向に沿って進行しながら、第１の分岐ローラー１８２によって分岐され、分岐された状態でそれぞれ第１のプーリー１６２、第２のプーリー１６４、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂ、第３のプーリー１６６に互いに反対の方向に巻かれ、第１の結合ローラー１９２によって再び結合された後、駆動ユニット２００の第３のワイヤー固定部２１２に共に固定される。

一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂは、第２のワイヤー固定部１３４に固定されて第２のリンク１２０の長手方向に沿って進行しながら、第２の分岐ローラー１８４によって分岐され、分岐された状態でそれぞれ第１のプーリー１６２、第２のプーリー１６４、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂ、第３のプーリー１６６に互いに反対の方向に巻かれ、第２の結合ローラー１９４によって再び結合された後、駆動ユニット２００の第４のワイヤー固定部２１４に共に固定される。

このように、複数のワイヤー１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂを分岐及び結合する構造を通して、一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂと一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂに加えられる張力の差によって第２のリンク１２０に発生するトルク外乱（ＴｏｒｑｕｅＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）をなくすことができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、各ワイヤーに加えられる張力の差が相殺される原理を説明するための図である。

図５Ａ及び図５Ｂに示したように、一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂに加えられる張力Ｔと、一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂに加えられる張力Ｔ＋ΔＴとの間に差ΔＴが発生する場合、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂには、一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂによってそれぞれ第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１に向かう方向Ｐ１、Ｐ２に加えられる力２Ｔと、一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂによってそれぞれ第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１に向かう方向Ｐ１、Ｐ２に加えられる力２Ｔ＋２ΔＴが作用するようになる。したがって、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうちいずれか一つ１６８ａに加えられる力の合力Ｆ１の大きさは２Ｔ＋２Ｔ＋２ΔＴになり、合力Ｆ１の方向は、第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１に向かう方向Ｐ１になる。また、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうち他の一つ１６８ｂに加えられる力の合力Ｆ２の大きさは２Ｔ＋２Ｔ＋２ΔＴになり、合力Ｆ２の方向は第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１に向かう方向Ｐ２になる。

上述したように、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂは、図１に示されるように第１乃至第３のリンク１１０、１２０、１３０が一直線上に配置されるとき、第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１と第２のプーリー１６４の回転中心Ｃ２とを連結する直線Ｌ１を中心に互いに対称になる位置に配置される。このため、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうちいずれか一つ１６８ａに加えられる力の合力Ｆ１と、第４のプーリー１６８ａ、１６８ｂのうち他の一つ１６８ｂに加えられる力の合力Ｆ２とが互いに重畳されて向かう方向は、第１のプーリー１６２の回転中心Ｃ１と第２のプーリー１６４の回転中心Ｃ２とを連結する直線Ｌと平行になる。したがって、一対の第１のワイヤー１４０ａ、１４０ｂと一対の第２のワイヤー１５０ａ、１５０ｂに加えられる張力の差によって第２のリンク１２０に発生するトルク外乱が相殺され、第２のリンク１２０の動きをより精密に制御することができる。

このように、他の実施例に係るリンクユニットは、上述した一実施例に係るリンクユニットと異なり、一部の区間で分岐される一対の第１のワイヤー及び一対の第２のワイヤーを含む。

また、実施例に係る連結装置によれば、リンクの動きによる回転中心を一定に維持し、対象リンクの望まない動きを防止することができる。

以上では、例示的な方法で各実施例を説明したが、内容によって多様な修正及び変形が可能である。ここで使用した各用語は、説明のためのものであって、別途に付加して言及しない限り、本発明は請求項を限定する意味として理解してはならない。

１０ワイヤー連結装置
１００リンクユニット
２００駆動ユニット
１１０、１２０、１３０リンク
１４０、１５０ワイヤー
１６０経路形成部材
１７０長さ維持部材

Claims

リンクユニットと、
該リンクユニットを駆動するための駆動ユニットと、を含み、
前記リンクユニットは、
第１のリンクと、
該第１のリンクに回転可能に結合される第２のリンクと、
該第２のリンクに回転可能に結合される第３のリンクと、
前記駆動ユニットから前記第３のリンクに駆動力を伝達する複数のワイヤーであって、前記複数のワイヤーそれぞれの一端が前記第３のリンクに固定され、他端が前記駆動ユニットに固定される、複数のワイヤーと、
前記駆動ユニットと前記第３のリンクとの間の前記ワイヤーの経路を形成する経路形成部材と、
第１の回転軸に回転可能に結合される少なくとも一つの第１のプーリーと、第２の回転軸に回転可能に結合される第２のプーリー及び第３のプーリーと、前記第２のプーリーに回転可能に結合される第４のプーリーと、を有し、前記駆動ユニットと前記第３のリンクとの間の前記ワイヤーの経路の長さを一定に維持する長さ維持部材と、を含むワイヤー連結装置。
前記第１のリンクは、互いに離隔して配置される前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸を含み、前記第２のリンクは前記第１の回転軸を中心に回転する、請求項１に記載のワイヤー連結装置。
前記複数のワイヤーは、前記第３のリンクに固定されて巻かれ、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーを順次経て前記駆動ユニットに固定される、請求項２に記載のワイヤー連結装置。
前記複数のワイヤーは、少なくとも一つの第１のワイヤーと、少なくとも一つの第２のワイヤーと、を含み、
前記第１のワイヤーは、前記第１のプーリーに第１の方向に巻かれ、前記第２のプーリー及び前記第４のプーリーに前記第１の方向と反対の第２の方向に巻かれ、前記第３のプーリーに前記第１の方向に巻かれる、請求項３に記載のワイヤー連結装置。
前記第２のワイヤーは、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーにそれぞれ前記第１のワイヤーと反対の方向に巻かれる、請求項４に記載のワイヤー連結装置。
前記長さ維持部材は、
前記第２のリンクに設けられる第１の連動ギアと、
前記第２のプーリーに設けられて前記第１の連動ギアと噛み合う第２の連動ギアと、を含む、請求項２乃至５のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
前記第１のプーリーの半径と前記第２のプーリーの半径との和は、前記第１のプーリーの回転中心と前記第２のプーリーの回転中心との間の直線距離と同一である、請求項２乃至６のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
前記第３のプーリーの半径と前記第４のプーリーの直径との和が、前記第２のプーリーの半径と同一となるように、前記第４のプーリーは前記第３のプーリーに隣接して配置される、請求項２乃至７のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
前記第４のプーリーは、一対で構成されており、前記第１のリンク及び前記第２のリンクが一直線上に配置されるとき、前記第１のプーリーの回転中心と前記第２のプーリーの回転中心とを連結する直線を中心に互いに対称になる位置に配置される、請求項２乃至８のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
前記複数のワイヤーは、一対の第１のワイヤーと、一対の第２のワイヤーと、を含み、
前記第３のリンクと前記第１のプーリーとの間に配置され、前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ分岐する第１の分岐ローラー及び第２の分岐ローラーと、
前記第３のプーリーと前記駆動ユニットとの間に配置され、分岐された前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ結合する第１の結合ローラー及び第２の結合ローラーと、を含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
リンクユニットと、該リンクユニットを駆動するための駆動ユニットと、を含むワイヤー連結装置において、
前記リンクユニットは、
第１のリンクと、
該第１のリンクに回転可能に結合される第２のリンクと、
該第２のリンクに回転可能に結合される第３のリンクと、
前記第２のリンクと同軸上に配置されて自由に回転する第１のプーリーと、
前記第２のリンクと連動して回転する第２のプーリーと、
前記第２のプーリーと同軸上に配置されて自由に回転する第３のプーリーと、
前記第２のプーリーに自由に回転可能に結合される第４のプーリーと、
前記第３のリンクから前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーを順次経て前記駆動ユニットに連結される複数のワイヤーと、を含むワイヤー連結装置。
前記複数のワイヤーは、少なくとも一つの第１のワイヤーと、少なくとも一つの第２のワイヤーと、を含み、
前記第１のワイヤーは、前記第１のプーリーに第１の方向に巻かれ、前記第２のプーリー及び前記第４のプーリーに前記第１の方向と反対の第２の方向に巻かれ、前記第３のプーリーに前記第１の方向に巻かれ、
前記第２のワイヤーは、前記第１のプーリー、前記第２のプーリー、前記第４のプーリー、前記第３のプーリーにそれぞれ前記第１のワイヤーと反対の方向に巻かれる、請求項１１に記載のワイヤー連結装置。
前記第２のリンクに設けられる第１の連動ギアと、
前記第２のプーリーに設けられて前記第１の連動ギアと噛み合う第２の連動ギアと、を含む、請求項１２に記載のワイヤー連結装置。
前記第２のリンクが前記第１の方向に回転すると、前記第２のプーリーは前記第２の方向に回転し、前記第３のリンクと前記駆動ユニットとの間の前記第１のワイヤー及び前記第２のワイヤーの長さを一定に維持し、
前記第２のリンクが前記第２の方向に回転すると、前記第２のプーリーは前記第１の方向に回転し、前記第３のリンクと前記駆動ユニットとの間の前記第１のワイヤー及び前記第２のワイヤーの長さを一定に維持する、請求項１３に記載のワイヤー連結装置。
前記複数のワイヤーは、一対の第１のワイヤーと、一対の第２のワイヤーと、を含み、
前記第３のリンクと前記第１のプーリーとの間に配置され、前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ分岐する第１の分岐ローラー及び第２の分岐ローラーと、
前記第３のプーリーと前記駆動ユニットとの間に配置され、分岐された前記一対の第１のワイヤー及び前記一対の第２のワイヤーをそれぞれ結合する第１の結合ローラー及び第２の結合ローラーと、を含む、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のワイヤー連結装置。
第１の回転軸に回転可能に結合される少なくとも一つの第１のプーリーと、第２の回転軸に回転可能に結合される第２のプーリー及び第３のプーリーと、前記第２のプーリーに回転可能に結合される第４のプーリーと、を有するベースリンクと、
該ベースリンクと回転軸の変化なく回転運動可能に結合されるミドルリンクと、
該ミドルリンクと回転運動可能に結合されるエンドエフェクタと、
基準点から前記ベースリンク及び前記ミドルリンクに沿って形成され、前記エンドエフェクタに固定され、前記ミドルリンクが回転運動をする場合に、前記基準点から前記の固定されたエンドエフェクタまで、長さ維持部材によって反りが生じることなく一定の長さに維持されるワイヤーと、を含む連結装置。
駆動ユニットをさらに含み、前記基準点は前記駆動ユニットの一部である、請求項１６に記載の連結装置。
前記ワイヤーは、
前記基準点から前記エンドエフェクタまでにおいて第１の経路を形成する第１のワイヤーと、
前記基準点から前記エンドエフェクタまでにおいて前記第１の経路と異なる第２の経路を形成する第２のワイヤーと、を含むことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の連結装置。
前記ワイヤーは、前記基準点から前記エンドエフェクタまでの少なくとも一部の区間で互いに分岐される一対に設けられることを特徴とする、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の連結装置。