JP6948689B2

JP6948689B2 - Robot arm structure

Info

Publication number: JP6948689B2
Application number: JP2017021828A
Authority: JP
Inventors: 真太郎岩田
Original assignee: IWATA TEKKOSHO CO Ltd
Current assignee: IWATA TEKKOSHO CO Ltd
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: JP2018126827A

Description

本発明は、ロボットの腕構造に関するものである。 The present invention relates to a robot arm structure.

本発明者は過去に、人の手に近い形状で人の手に近い動作が可能な手部を有する多指ハンド装置を提案している（特許文献１参照）。また、手首の動作が人の手に近い多指ハンド装置を、更に提案している（特許文献２参照）。本発明は、これらの多指ハンド装置を使用したロボットアームの製造を目的として、肩から前腕までの腕構造を開発する過程でなされたものである。 In the past, the present inventor has proposed a multi-finger hand device having a hand portion having a shape close to that of a human hand and capable of movement close to that of a human hand (see Patent Document 1). Further, a multi-finger hand device in which the movement of the wrist is close to that of a human hand is further proposed (see Patent Document 2). The present invention has been made in the process of developing an arm structure from a shoulder to a forearm for the purpose of manufacturing a robot arm using these multi-finger hand devices.

ロボットの腕構造としては、従来、肩から前腕までに五つの軸を備えているものが提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。特許文献３には、五つの軸のうち、肩を前後方向に回転させる軸、上腕を上下方向に回転させる軸、及び上腕の軸の三つを、一点で交わらせることが記載されている。また、特許文献４には、上腕と前腕とを結合している肘関節を、上腕の軸周りに回動自在とすることが記載されている。しかしながら、これらの先行技術文献は、複数の軸を上記のような関係とするための具体的な手段については、開示していない。 As a robot arm structure, a robot having five axes from the shoulder to the forearm has been conventionally proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4). Patent Document 3 describes that, of the five axes, the axis that rotates the shoulder in the front-back direction, the axis that rotates the upper arm in the up-down direction, and the axis of the upper arm intersect at one point. Further, Patent Document 4 describes that the elbow joint connecting the upper arm and the forearm is rotatable around the axis of the upper arm. However, these prior art documents do not disclose specific means for establishing the above-mentioned relationship between the plurality of axes.

特許第５９２１２２５号公報Japanese Patent No. 5922125 特開２０１６−１６８６４５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-168645 特開平１１−１８８６６８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-188668 特開２００２−１５４０７６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-154076

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、肩から前腕までのロボットの腕構造であって、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的な構造の提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a robot arm structure from a shoulder to a forearm, which is a specific structure for causing a person to perform a movement close to a human with a shape close to the arm. Is to be.

上記の課題を解決するため、本発明にかかるロボットの腕構造（以下、単に「腕構造」と称することがある）は、
「肩部、該肩部に連結された上腕部、該上腕部に連結された肘部、及び、該肘部に連結された前腕部を備えるロボットの腕構造であり、
前記肩部を介する前記上腕部の前後方向の回動を駆動する第一モータと、
前記肩部を介する前記上腕部の上下方向の回動を駆動する第二モータと、
前記上腕部に対する前記肘部のねじり回動を駆動する第三モータと、
前記肘部を介する前記前腕部の前記上腕部に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータと、
前記肘部に対する前記前腕部のねじり回動を駆動する第五モータと、を具備し、
前記第一モータ、前記第二モータ、及び前記第四モータは、それぞれ中央プレート及び該中央プレートの両端から同一方向に直角に延出している一対の支持面からなるコ字形フレームの一対の前記支持面によって、駆動軸方向の両端部が相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態であり、
ねじり回動を駆動する前記第三モータ及び前記第五モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態であり、
前記第一モータの駆動軸である第一軸及び前記第二モータの駆動軸である第二軸が直交し、該第二軸及び前記第三モータの駆動軸である第三軸が直交していると共に、前記第一軸と前記第三軸とは同一の点で前記第二軸と交差しており、
前記第三軸及び前記第四モータの駆動軸である第四軸が直交し、該第四軸及び前記第五モータの駆動軸である第五軸が直交していると共に、前記第三軸と前記第五軸とは同一の点で前記第四軸と交差しており、
前記第四軸周りに前記前腕部が回動していない初期状態で、前記第三軸と前記第五軸は同一直線上にあり、
前記第一モータを収容している第一のモータケースは、前記肩部をロボットボディに連結するための骨格フレームに固定されていると共に、
前記第一モータを支持している第一の前記コ字形フレームの前記支持面の一方に、前記第二モータを支持している第二の前記コ字形フレームの前記中央プレートが重ね合わされた状態で固着されており、
前記第二モータを収容している第二のモータケースが上腕フレームの上端に回動不能に固定されていることにより、
前記第一モータの駆動により、第一の前記コ字形フレームが前記第一軸周りに回動するのに伴い、第二の前記コ字形フレーム、前記第二モータ、及び前記上腕フレームが前記第一軸周りに一体的に回動し、
前記第二モータの駆動により、第二の前記コ字形フレームは前記第二軸周りに回動することなく、第二の前記モータケース及び前記上腕フレームが前記第二軸周りに一体的に回動する」ものである。 In order to solve the above problems, the arm structure of the robot according to the present invention (hereinafter, may be simply referred to as "arm structure") is
"A robot arm structure comprising a shoulder, an upper arm connected to the shoulder, an elbow connected to the upper arm, and a forearm connected to the elbow.
A first motor that drives the rotation of the upper arm portion in the front-rear direction via the shoulder portion, and
A second motor that drives the vertical rotation of the upper arm via the shoulder, and
A third motor that drives the torsional rotation of the elbow with respect to the upper arm,
A fourth motor that drives the rotation of the forearm with respect to the upper arm via the elbow.
A fifth motor that drives the torsional rotation of the forearm with respect to the elbow is provided.
The first motor, the second motor, and the fourth motor are a pair of the support of a U-shaped frame composed of a central plate and a pair of support surfaces extending at right angles in the same direction from both ends of the central plate, respectively. by the surface, a doubly supported state in which both end portions of the drive shaft direction is supported so as to be relative specific rotation,
In the third motor and the fifth motor that drive the torsional rotation, only one of both ends in the drive axis direction is supported by a frame so as to be relatively rotatable, and the other is supported by another frame. It is a cantilever support state that is fixed so that it cannot rotate.
The first axis, which is the drive axis of the first motor, and the second axis, which is the drive axis of the second motor, are orthogonal to each other, and the second axis and the third axis, which is the drive axis of the third motor, are orthogonal to each other. At the same time, the first axis and the third axis intersect with the second axis at the same point.
The third axis and the fourth axis, which is the drive axis of the fourth motor, are orthogonal to each other, the fourth axis and the fifth axis, which is the drive axis of the fifth motor, are orthogonal to each other, and the third axis and the third axis are orthogonal to each other. It intersects with the fourth axis at the same point as the fifth axis, and
Wherein a fourth axis initial state where the forearm is not rotated around the said fifth axis and the third axis Ri collinear near,
The first motor case accommodating the first motor is fixed to a skeleton frame for connecting the shoulder portion to the robot body and is fixed to the skeleton frame.
In a state where the central plate of the second U-shaped frame supporting the second motor is overlapped with one of the supporting surfaces of the first U-shaped frame supporting the first motor. It is stuck and
The second motor case accommodating the second motor is non-rotatably fixed to the upper end of the upper arm frame.
As the first U-shaped frame rotates around the first axis by driving the first motor, the second U-shaped frame, the second motor, and the upper arm frame become the first. It rotates integrally around the axis and
By driving the second motor, the second motor case and the upper arm frame rotate integrally around the second axis without rotating the second U-shaped frame around the second axis. To do. "

本構成の腕構造は、第一軸〜第五軸が上記の関係にあることにより、人の腕に近い自然な動作を行わせることができる。第一モータ〜第五モータのうち、ねじり回動を駆動する第三モータと第五モータの支持状態を「片持ち支持状態」とし、残りのモータの支持状態を「両持ち支持状態」とすることにより、詳細は後述するように、モータを支持するフレームの機械的強度を担保し、且つ、フレームがモータより外側にはみ出すなど人の腕とは異なる不自然な形状になることを避けて、第一軸〜第五軸を上記関係とすることが可能となっている。つまり、本発明によれば、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的なロボットの腕構造を、提供することができる。 In the arm structure of this configuration, since the first axis to the fifth axis have the above-mentioned relationship, it is possible to perform a natural movement close to that of a human arm. Of the first to fifth motors, the support state of the third motor and the fifth motor that drive the torsional rotation is set to the "cantilever support state", and the support state of the remaining motors is set to the "double-sided support state". By doing so, as will be described in detail later, the mechanical strength of the frame that supports the motor is ensured, and the frame does not have an unnatural shape different from that of the human arm, such as protruding outside the motor. It is possible to have the above relationship between the first axis and the fifth axis. That is, according to the present invention, it is possible to provide a specific robot arm structure for causing a person to perform an action close to that of a human with a shape close to that of an arm.

ここで、モータの支持状態について、「駆動軸方向の両端部がコ字形フレームによって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態」は、モータの本体から駆動軸が両方向に延びており、コ字形フレームにおいて対向している一対の支持面の一方に駆動軸の一端が固定されていると共に、駆動軸の他端が一対の支持面の他方に固定されている構成、モータの本体から駆動軸が一方のみに延びて、その先端が一対の支持面の一方に固定されていると共に、モータの本体から他方にはモータに駆動されないシャフトがモータ回転軸と同軸に延び、その先端が一対の支持面の他方に対して相対的な回動自在に留め付けられている構成、を例示することができる。一方、モータの支持状態について、「駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態」は、モータの本体から駆動軸が一方向にのみ延びており、駆動軸がフレームに回動可能に支持されていると共に、駆動軸が延出していない方の端部が別のフレームに回動不能に固定されている構成である。 Here, regarding the support state of the motor, in the "double-sided support state in which both ends in the drive shaft direction are relatively rotatably supported by the U-shaped frame", the drive shaft extends in both directions from the main body of the motor. One end of the drive shaft is fixed to one of the pair of support surfaces facing each other in the U-shaped frame, and the other end of the drive shaft is fixed to the other of the pair of support surfaces. The drive shaft extends from the motor to only one side, and its tip is fixed to one of the pair of support surfaces, and the shaft that is not driven by the motor extends from the main body of the motor to the other side coaxially with the motor rotation shaft, and the tip thereof extends. An example can be illustrated of a configuration in which a pair of support surfaces are rotatably fastened relative to the other. On the other hand, regarding the support state of the motor, "a piece in which only one of both ends in the drive axis direction is relatively rotatably supported by the frame and the other is non-rotatably fixed to another frame. In the "holding support state", the drive shaft extends from the main body of the motor in only one direction, the drive shaft is rotatably supported by the frame, and the end where the drive shaft does not extend is different. The structure is fixed to the frame so as not to rotate.

本発明にかかる腕構造は、上記構成に加え、
「前記肘部は、一方の端部が前記第三モータを介して上腕フレームに対して回動可能に連結されていると共に、他方の端部が前記第四モータを介して前腕フレームに対して回動可能に連結されている肘部フレームを備えており、
該肘部フレームは、前記第三モータ側の端部から前記第四モータ側の端部に向って、前記第三軸から離れるように後退している」ものとすることができる。 The arm structure according to the present invention has, in addition to the above configuration,
"One end of the elbow is rotatably connected to the upper arm frame via the third motor, and the other end is rotatably connected to the forearm frame via the fourth motor. Equipped with an elbow frame that is rotatably connected
The elbow frame is retracted from the end on the third motor side toward the end on the fourth motor side and away from the third axis. "

本構成では、肘部フレームが、第三モータ側の端部から第四モータ側の端部に向って、第三軸から離れるように後退している形状であるため、第四軸周りの回動によって肘部フレームを介して前腕フレームを上腕フレームに対して屈曲させる運動において、肘部フレームの両側にある構成との干渉を避けて、第三軸と第四軸とを直交させることができる。 In this configuration, the elbow frame has a shape in which the elbow frame is retracted from the end on the third motor side toward the end on the fourth motor side so as to be away from the third axis. In the movement of bending the forearm frame with respect to the upper arm frame via the elbow frame by motion, the third axis and the fourth axis can be orthogonal to each other while avoiding interference with the configurations on both sides of the elbow frame. ..

本発明にかかる腕構造は、上記構成に加え、
「第一の前記コ字形フレームについて、前記第一モータの駆動による前記第一軸周りの回動に伴い変化する方向をフレーム傾斜方向と称し、
前記第一軸に直交し第一の前記モータケースの側面に平行な方向をモータ立設方向と称したとき、
前記第一モータにより前記第一軸を回動させていないと共に、前記第二軸が水平である初期状態において、前記フレーム傾斜方向が前記モータ立設方向に対して前方に傾斜している状態とされていることにより、
第一の前記コ字形フレームの前記中央プレートが、前記初期状態から第一の前記モータケースに干渉するまでに前記第一軸周りに前方に回動する角度より、前記初期状態から第一の前記モータケースに干渉するまでに前記第一軸周りに後方に回動する角度の方が大きい」ものとすることができる。 The arm structure according to the present invention has, in addition to the above configuration,
"For the first U-shaped frame, the direction that changes with rotation around the first axis driven by the first motor is referred to as the frame tilt direction.
When the direction orthogonal to the first axis and parallel to the side surface of the first motor case is referred to as the motor erection direction,
With not rotate the said first axis by said first motor, in the initial state the second axis is horizontal, and a state in which the frame inclination direction is inclined forward relative to the motor standing direction By being done
From the angle at which the central plate of the first U-shaped frame rotates forward around the first axis from the initial state until it interferes with the first motor case, the first from the initial state. The angle at which it rotates backward around the first axis before it interferes with the motor case is larger. "

フレーム傾斜方向が「初期状態で前記第一モータの立設方向に対して前方に傾斜している」構成としては、第一モータが鉛直方向に直立しておりコ字形フレームのフレーム傾斜方向が前傾している構成、第一モータが鉛直方向より後傾しておりフレーム傾斜方向が鉛直方向である構成、第一モータとフレーム傾斜方向の双方が鉛直方向より前傾しているがフレーム傾斜方向の方が大きな角度で前傾している構成、第一モータとフレーム傾斜方向の双方が鉛直方向より後傾しているが第一モータの方が大きな角度で後傾している構成、とすることができる。 In the configuration in which the frame tilting direction is "tilted forward with respect to the vertical direction of the first motor in the initial state", the first motor is upright in the vertical direction and the frame tilting direction of the U-shaped frame is forward. Tilt configuration, configuration in which the first motor is tilted backward from the vertical direction and the frame tilt direction is the vertical direction, both the first motor and the frame tilt direction are tilted forward from the vertical direction, but the frame tilt direction Is tilted forward at a larger angle, and both the first motor and the frame tilting direction are tilted backward than the vertical direction, but the first motor is tilted backward at a larger angle. be able to.

コ字形フレームは、第一モータのモータケースに当接するまで第一軸周りに回動する。本構成では、コ字形フレームが第一軸周りに回動していない初期状態で、第一モータの立設方向に対してフレーム傾斜方向が前方に傾斜しているため、初期状態から第一軸周りに前方に回動してモータケースの前面にコ字形フレームが当接するまで回動できる角度より、初期状態から後方に回動してモータケースの後面に当接するまでコ字形フレームが回動できる角度の方が大きなものとなる。換言すれば、肩部を介して上腕部を前後方向に回動させる運動において、コ字形フレームが前方に回動し上腕部が後方に回動する角度より、コ字形フレームが後方に回動し上腕部が前方に回動する角度の方が大きい。 The U-shaped frame rotates around the first axis until it comes into contact with the motor case of the first motor. In this configuration, in the initial state in which the U-shaped frame does not rotate around the first axis, the frame tilting direction is tilted forward with respect to the vertical direction of the first motor, so the first axis is tilted from the initial state. The U-shaped frame can rotate from the initial state until it rotates backward and contacts the rear surface of the motor case from an angle that allows it to rotate forward and rotate until the U-shaped frame abuts on the front surface of the motor case. The angle is larger. In other words, in the movement of rotating the upper arm in the front-rear direction via the shoulder, the U-shaped frame rotates backward from the angle at which the U-shaped frame rotates forward and the upper arm rotates backward. The angle at which the upper arm rotates forward is larger.

人の腕は、肩部の関節の動きを介して、上腕部が後方に回動する角度より、上腕部が前方に回動する角度の方が大きい。従って、上記構成の腕構造は人の腕の構造に近く、人の腕の動作により近い、より自然な動作を行うことができる。 In the human arm, the angle at which the upper arm rotates forward is larger than the angle at which the upper arm rotates backward through the movement of the joint of the shoulder. Therefore, the arm structure having the above configuration is close to the structure of the human arm, and can perform a more natural movement closer to the movement of the human arm.

以上のように、本発明の効果として、肩から前腕までのロボットの腕構造であって、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的な構造を、提供することができる。 As described above, as an effect of the present invention, it is possible to provide a robot arm structure from the shoulder to the forearm, which is a specific structure for allowing a person to perform a movement close to that of a person with a shape close to that of the arm. can.

本発明の一実施形態の腕構造を適用したロボットアームの斜視図である。It is a perspective view of the robot arm to which the arm structure of one Embodiment of this invention is applied. 図１のロボットアームの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the robot arm of FIG. 図１のロボットアームの異なる姿勢の斜視図である。It is a perspective view of the different posture of the robot arm of FIG. 図１のロボットアームにおける（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。FIG. 1 is a perspective view of (a) a shoulder portion of the robot arm of FIG. 1, (b) a side view of a first motor and a U-shaped frame, and (c) and (d) a side view illustrating the operation of the U-shaped frame. 他の実施形態の腕構造における（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。In the arm structure of another embodiment, (a) a perspective view of the shoulder, (b) a side view of the first motor and the U-shaped frame, and (c), (d) a side view explaining the operation of the U-shaped frame. be. 本発明と対比する他の腕構造おける（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。(A) A perspective view of the shoulder, (b) a side view of the first motor and the U-shaped frame, and (c) and (d) a side view for explaining the operation of the U-shaped frame in another arm structure to be compared with the present invention. It is a figure. （ａ）本発明と対比する他の腕構造の斜視図、及び（ｂ）本発明と対比する更に他の腕構造の斜視図である。(A) A perspective view of another arm structure contrasted with the present invention, and (b) a perspective view of yet another arm structure contrasted with the present invention.

以下、本発明の一実施形態である腕構造が適用されたロボットアーム１について、図１乃至図４を用いて説明する。ロボットアーム１は、肩部１０、肩部１０に連結された上腕部３０、上腕部３０に連結された肘部４０、肘部４０に連結された前腕部５０、前腕部５０に連結された手首部６０、手首部６０に連結された手部７０を備えている。そして、ロボットアーム１は、肩部１０を介する上腕部３０の前後方向の回動を駆動する第一モータＭ１と、肩部１０を介する上腕部３０の上下方向の回動を駆動する第二モータＭ２と、上腕部３０に対する肘部４０のねじり回動を駆動する第三モータＭ３と、肘部４０を介する前腕部５０の上腕部３０に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータＭ４と、肘部４０に対する前腕部５０のねじり回動を駆動する第五モータＭ５と、手部７０を橈屈・尺屈させる回動を駆動する第六モータＭ６と、手部７０を掌屈・背屈させる回動を駆動する第七モータＭ７と、を具備している。 Hereinafter, the robot arm 1 to which the arm structure according to the embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The robot arm 1 includes a shoulder portion 10, an upper arm portion 30 connected to the shoulder portion 10, an elbow portion 40 connected to the upper arm portion 30, a forearm portion 50 connected to the elbow portion 40, and a wrist connected to the forearm portion 50. A hand portion 70 connected to the portion 60 and the wrist portion 60 is provided. The robot arm 1 is a first motor M1 that drives the rotation of the upper arm portion 30 via the shoulder portion 10 in the front-rear direction, and a second motor that drives the rotation of the upper arm portion 30 via the shoulder portion 10 in the vertical direction. M2, a third motor M3 that drives the torsional rotation of the elbow 40 with respect to the upper arm 30, and a fourth motor M4 that drives the rotation of the forearm 50 with respect to the upper arm 30 via the elbow 40. , The fifth motor M5 that drives the torsional rotation of the forearm 50 with respect to the elbow 40, the sixth motor M6 that drives the rotation that bends and bends the hand 70, and the palm and back of the hand 70. It includes a seventh motor M7 that drives the bending rotation.

ここで、本書面における前後、上下、及び左右は、ロボットアーム１の動作を人の腕の動作に見立てた場合、或いは、ロボットアーム１を人型ロボットのアームとした場合における前後、上下、及び左右である。また、図１，２は、第一モータＭ１〜第七モータＭ７の何れの駆動軸も回転させていない初期状態を図示しており、図３は第一モータＭ１〜第五モータＭ５の駆動軸を回転させた状態を図示している。 Here, the front-back, up-down, and left-right in this document refer to the front-back, up-down, and left-right when the movement of the robot arm 1 is regarded as the movement of a human arm, or when the robot arm 1 is used as an arm of a humanoid robot. Left and right. Further, FIGS. 1 and 2 show an initial state in which none of the drive shafts of the first motor M1 to the seventh motor M7 is rotated, and FIG. 3 shows the drive shafts of the first motor M1 to the fifth motor M5. Is shown in a rotated state.

第一モータＭ１は二つが並列に接続されており、駆動軸である第一軸Ｐ１を水平方向にし、且つ、略直方体のモータケースを上下方向（鉛直方向）に直立させた状態で、その下端が骨格フレーム９０に固定されている。骨格フレーム９０は、ロボットアーム１が人型ロボットのアームである場合は、肩部１０をロボットのボディに連結するためのフレームであり、ロボットアーム１が腕及び手の動作のみをさせるロボットである場合は、何らかの構造部材にロボットアーム１を支持させるためのフレームである。 Two of the first motors M1 are connected in parallel, the first shaft P1 which is the drive shaft is in the horizontal direction, and the substantially rectangular parallelepiped motor case is upright in the vertical direction (vertical direction), and the lower end thereof. Is fixed to the skeletal frame 90. When the robot arm 1 is an arm of a humanoid robot, the skeleton frame 90 is a frame for connecting the shoulder portion 10 to the body of the robot, and the robot arm 1 is a robot that only moves the arm and the hand. In the case, it is a frame for supporting the robot arm 1 by some structural member.

並列に接続された状態の二つの第一モータＭ１の駆動軸方向の両端部には、コ字形フレーム１１が回動可能に支持されている。具体的には、コ字形フレーム１１は、平板状で長方形の中央プレート１１ｃと、中央プレート１１ｃの両端からそれぞれ同一方向に直角に延出した一対の支持面１１ｓとからなり、第一モータＭ１を上方から支持している。つまり、中央プレート１１ｃは第一モータＭ１のモータケースの上方の空間に位置しており、並列に接続された状態の二つの第一モータＭ１の駆動軸方向の両端部のそれぞれが、コ字形フレーム１１の支持面１１ｓによって回動可能に支持されている。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸を回転させると、コ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに回動する（図４（ａ）参照）。 A U-shaped frame 11 is rotatably supported at both ends of the two first motors M1 connected in parallel in the drive axis direction. Specifically, the U-shaped frame 11 is composed of a flat and rectangular central plate 11c and a pair of support surfaces 11s extending at right angles from both ends of the central plate 11c, and the first motor M1 is formed. It is supported from above. That is, the central plate 11c is located in the space above the motor case of the first motor M1, and both ends of the two first motors M1 connected in parallel in the drive axis direction are U-shaped frames. It is rotatably supported by the support surface 11s of 11. With such a configuration, when the drive shaft of the first motor M1 is rotated, the U-shaped frame 11 rotates around the first shaft P1 (see FIG. 4A).

なお、ロボットアーム１は、コ字形フレーム１１の他にコ字形フレームを複数備えているが、何れも基本的な構成は同一であり、平板状で長方形の中央プレートと、中央プレートの両端からそれぞれ同一方向に直角に延出した一対の支持面からなる。このようなコ字形フレームでモータを支持する場合、一対の支持面を貫通する直線であって、中央プレートに平行な直線の方向が、モータの駆動軸の方向である。以下では、モータの駆動軸周りのコ字形フレームの相対的な回動に伴うコ字形フレームの傾きを説明するために、モータの駆動軸に直交し、且つ、一対の支持面それぞれの側辺に平行な直線を、「フレーム傾斜方向Ｆ」と称する（図４（ｂ）参照）。 The robot arm 1 includes a plurality of U-shaped frames in addition to the U-shaped frame 11, but all have the same basic configuration, and the flat and rectangular central plate and both ends of the central plate, respectively. It consists of a pair of support surfaces extending at right angles in the same direction. When the motor is supported by such a U-shaped frame, the direction of the straight line penetrating the pair of support surfaces and parallel to the central plate is the direction of the drive shaft of the motor. In the following, in order to explain the inclination of the U-shaped frame due to the relative rotation of the U-shaped frame around the drive shaft of the motor, it is orthogonal to the drive shaft of the motor and on the side sides of each of the pair of support surfaces. The parallel straight lines are referred to as "frame tilt direction F" (see FIG. 4B).

また、ロボットアーム１が備える全てのモータは、第一モータＭ１と同様に、略直方体のモータケースに収容されている。以下では、モータの姿勢を説明するために、モータの駆動軸に直交する直線であって、モータケースの側面に平行な直線を、「モータの立設方向Ｄ」と称する（図４（ｂ）参照）。 Further, all the motors included in the robot arm 1 are housed in a substantially rectangular parallelepiped motor case like the first motor M1. In the following, in order to explain the posture of the motor, a straight line orthogonal to the drive axis of the motor and parallel to the side surface of the motor case is referred to as "motor erection direction D" (FIG. 4B). reference).

コ字形フレーム１１には、別のコ字形フレーム１２が固定されている。具体的には、コ字形フレーム１１の支持面１１ｓの一方にコ字形フレーム１２の中央プレート１２ｃを重ね合わせた状態で、両コ字形フレーム１１，１２が固着されている。コ字形フレーム１２の一対の支持面１２ｓは、第一モータＭ１とは反対の方向に突出している（図４（ａ）参照）。第二モータＭ２は二つが並列に接続されており、駆動軸である第二軸Ｐ２を第一軸Ｐ１と直交させた状態で、駆動軸方向の両端部がそれぞれコ字形フレーム１２の支持面１２ｓに回動可能に支持されている（図１〜３参照）。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸の回転によってコ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに回動すると、コ字形フレーム１２がコ字形フレーム１１と一体的に第一軸Ｐ１周りに回動し、第二軸Ｐ２が前後に傾く。 Another U-shaped frame 12 is fixed to the U-shaped frame 11. Specifically, both U-shaped frames 11 and 12 are fixed in a state where the central plate 12c of the U-shaped frame 12 is superposed on one of the support surfaces 11s of the U-shaped frame 11. The pair of support surfaces 12s of the U-shaped frame 12 project in the direction opposite to that of the first motor M1 (see FIG. 4A). Two of the second motors M2 are connected in parallel, and in a state where the second axis P2, which is the drive axis, is orthogonal to the first axis P1, both ends in the drive axis direction are the support surfaces 12s of the U-shaped frame 12, respectively. It is rotatably supported (see FIGS. 1 to 3). With such a configuration, when the U-shaped frame 11 rotates around the first shaft P1 due to the rotation of the drive shaft of the first motor M1, the U-shaped frame 12 integrally moves around the first shaft P1 together with the U-shaped frame 11. It rotates and the second axis P2 tilts back and forth.

第二モータＭ２の下端は、上腕フレーム３１の上端に回動不能に固定されている。この上腕フレーム３１は、第二軸Ｐ２に直交する方向に長いブロック状である。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸の回転により、コ字形フレーム１２がコ字形フレーム１１と一体的に第一軸Ｐ１周りに回動すると、第二モータＭ２と共に上腕フレーム３１が回動し、肩部１０を介して上腕フレーム３１が第一軸Ｐ１周りに前後方向に回動する。 The lower end of the second motor M2 is non-rotatably fixed to the upper end of the upper arm frame 31. The upper arm frame 31 has a long block shape in a direction orthogonal to the second axis P2. With such a configuration, when the U-shaped frame 12 rotates around the first shaft P1 integrally with the U-shaped frame 11 due to the rotation of the drive shaft of the first motor M1, the upper arm frame 31 rotates together with the second motor M2. It moves and the upper arm frame 31 rotates in the front-rear direction around the first axis P1 via the shoulder portion 10.

ここで、第一モータＭ１が駆動軸を回転させていない初期状態で、第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆは前方に傾斜している。本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向であり、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に角度θ＝４５度だけ傾いている。コ字形フレーム１１は、中央プレート１１ｃが第一モータＭ１のモータケースの側面と干渉するまで第一軸Ｐ１周りに回動することができるが、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆは第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して前方に傾斜しているため、図４（ｃ）に示すように、コ字形フレーム１１は、第一軸Ｐ１周りに前方に向って回動できる角度αより、図４（ｄ）に示すように、第一軸Ｐ１周りに後方に向って回動できる角度βの方が大きい。 Here, in the initial state in which the first motor M1 does not rotate the drive shaft, the frame tilting direction F of the U-shaped frame 11 is tilted forward with respect to the standing direction D of the first motor M1. In the present embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the vertical direction D of the first motor M1 is in the vertical direction in the initial state, and the frame tilting direction F of the U-shaped frame 11 is angled forward. It is tilted by θ = 45 degrees. The U-shaped frame 11 can rotate around the first axis P1 until the central plate 11c interferes with the side surface of the motor case of the first motor M1, but the frame tilt direction F of the U-shaped frame 11 is the first motor. Since the U-shaped frame 11 is inclined forward with respect to the erection direction D of the M1, as shown in FIG. 4C, the U-shaped frame 11 is rotated forward around the first axis P1 from an angle α. As shown in FIG. 4D, the angle β that can rotate backward around the first axis P1 is larger.

コ字形フレームにモータを支持させようとする場合、当業者としては、図６（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態でモータ（ここでは、第一モータＭ１）の立設方向Ｄとコ字形フレーム（ここでは、コ字形フレーム１１）のフレーム傾斜方向Ｆを一致させるのが、一般的であると考えられる。このような場合は、図６（ｃ）に示すように、フレームが前方に向って回動できる角度αと、図６（ｄ）に示すように、フレームが後方に向って回動できる角度βとは等しくなる。しかしながら、人の肩関節の前後運動では、第二軸Ｐ２に相当する軸が前方へ傾くように回動する角度、すなわち上腕部３０が後方に振られるように回動する角度より、その軸が後方へ傾くように回動する角度、すなわち上腕部３０が前方に振られるように回動する角度の方が大きい。従って、本実施形態のように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄに対してコ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している設定とすることにより、ロボットアーム１の肩部１０及び上腕部３０の動作を、人の動作に近い自然な動作とすることができる。 When a person skilled in the art intends to support a motor on a U-shaped frame, as shown in FIGS. and (here, a U-shaped frame 11) U-shaped frame to match the frame inclination direction F of the believed to be the general manner. In such a case, as shown in FIG. 6 (c), the angle α at which the frame can rotate forward and the angle β at which the frame can rotate backward as shown in FIG. 6 (d). Is equal to. However, in the anterior-posterior movement of the human shoulder joint, the axis corresponds to the second axis P2 from the angle at which the axis rotates so as to tilt forward, that is, the angle at which the upper arm portion 30 rotates so as to swing backward. The angle at which the upper arm portion 30 rotates so as to tilt backward, that is, the angle at which the upper arm portion 30 rotates so as to swing forward is larger. Therefore, as in the present embodiment, the frame tilting direction F of the U-shaped frame 11 is set to be tilted forward with respect to the standing direction D of the first motor M1 in the initial state, so that the robot arm 1 can be tilted forward. The movements of the shoulder portion 10 and the upper arm portion 30 can be made into natural movements similar to those of a human.

第二モータＭ２の駆動軸を回転させると、第二軸Ｐ２周りに第二モータＭ２が回動し、第二モータＭ２と共に上腕フレーム３１が第二軸Ｐ２周りに上下方向に回動する。コ字形フレーム１２の一対の支持面１２ｓは、第一モータＭ１とは反対の方向に突出していることから、コ字形フレーム１２の中央プレート１２ｃは第二モータＭ２に対して第一モータＭ１側に位置している。また、第二モータＭ２が駆動軸を回転させていない初期状態では、図１に示すように、第二モータＭ２の立設方向は鉛直方向であり、水平な第二軸Ｐ２と直交している。従って、第二モータＭ２の駆動軸の回転に伴い、第二モータＭ２はコ字形フレーム１２と干渉することなく上方向に１８０度回動し、ひいては上腕フレーム３１が肩部１０を介して上方向に１８０度回動する。 When the drive shaft of the second motor M2 is rotated, the second motor M2 rotates around the second shaft P2, and the upper arm frame 31 rotates around the second shaft P2 in the vertical direction together with the second motor M2. Since the pair of support surfaces 12s of the U-shaped frame 12 project in the direction opposite to that of the first motor M1, the central plate 12c of the U-shaped frame 12 is closer to the first motor M1 with respect to the second motor M2. positioned. Further, in the initial state in which the second motor M2 does not rotate the drive shaft, as shown in FIG. 1, the vertical direction of the second motor M2 is vertical and is orthogonal to the horizontal second shaft P2. .. Therefore, as the drive shaft of the second motor M2 rotates, the second motor M2 rotates 180 degrees upward without interfering with the U-shaped frame 12, and the upper arm frame 31 eventually rotates upward via the shoulder portion 10. Rotates 180 degrees.

上腕フレーム３１の下端には、第三モータＭ３のモータケースが固着されている。第三モータＭ３は、駆動軸を一方向のみに突出させたモータであり、駆動軸が突出している端部とは反対側の端部が上腕フレーム３１の下端に固定されている。第三モータＭ３の駆動軸は、肘部フレーム４１に回動可能に支持されている。つまり、第三モータＭ３は、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレーム（ここでは、肘部フレーム４１）によって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレーム（ここでは、上腕フレーム３１）に回動不能に固定されている片持ち支持状態である。ここで、第三モータＭ３の駆動軸である第三軸Ｐ３は第二軸Ｐ２と直交しており、且つ、第三軸Ｐ３と第二軸Ｐ２とが交差している点は、第一軸Ｐ１が第二軸Ｐ２と交差している点と同一である。 The motor case of the third motor M3 is fixed to the lower end of the upper arm frame 31. The third motor M3 is a motor in which the drive shaft is projected in only one direction, and the end portion on the side opposite to the end portion on which the drive shaft is projected is fixed to the lower end of the upper arm frame 31. The drive shaft of the third motor M3 is rotatably supported by the elbow frame 41. That is, in the third motor M3, only one of both ends in the drive axis direction is supported by a frame (here, the elbow frame 41) so as to be relatively rotatable, and the other is supported by another frame (here). Then, it is a cantilever support state which is fixed to the upper arm frame 31) so as not to rotate. Here, the point where the third axis P3, which is the drive axis of the third motor M3, is orthogonal to the second axis P2 and the third axis P3 and the second axis P2 intersect is the first axis. It is the same as the point where P1 intersects the second axis P2.

このような構成により、第三モータＭ３の駆動軸を回転させると、肘部フレーム４１が第三軸Ｐ３周りに回動し、肘部フレーム４１が上腕フレーム３１に対してねじられるように回動する。 With such a configuration, when the drive shaft of the third motor M3 is rotated, the elbow frame 41 rotates around the third shaft P3, and the elbow frame 41 rotates so as to be twisted with respect to the upper arm frame 31. do.

肘部フレーム４１の下端は、第四モータＭ４のモータケースに固着されている。第四モータＭ４は、駆動軸方向の両端部が、コ字形フレーム４２によって相対的な回動可能に支持されている。第四モータＭ４の駆動軸である第四軸Ｐ４は、水平方向であり、且つ、第三軸Ｐ３と直交している。 The lower end of the elbow frame 41 is fixed to the motor case of the fourth motor M4. Both ends of the fourth motor M4 in the drive axis direction are supported by a U-shaped frame 42 so as to be relatively rotatable. The fourth axis P4, which is the drive axis of the fourth motor M4, is in the horizontal direction and is orthogonal to the third axis P3.

コ字形フレーム４２の中央プレートには、第五モータＭ５のモータケースが固着されている。第五モータＭ５は、駆動軸を一方向のみに突出させたモータであり、駆動軸が突出している端部とは反対側の端部がコ字形フレーム４２に固定されている。第五モータＭ５の駆動軸は、前腕フレーム５１上端に回動可能に支持されている。つまり、第五モータＭ５は、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレーム（ここでは、前腕フレーム５１）によって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレーム（ここでは、コ字形フレーム４２）に回動不能に固定されている片持ち支持状態である。ここで、第五モータＭ５の駆動軸である第五軸Ｐ５は第四軸Ｐ４と直交しており、且つ、第五軸Ｐ５と第四軸Ｐ４とが交差している点は、第三軸Ｐ３が第四軸Ｐ４と交差している点と同一である。 The motor case of the fifth motor M5 is fixed to the central plate of the U-shaped frame 42. The fifth motor M5 is a motor in which the drive shaft is projected in only one direction, and the end portion on the side opposite to the end portion on which the drive shaft protrudes is fixed to the U-shaped frame 42. The drive shaft of the fifth motor M5 is rotatably supported by the upper end of the forearm frame 51. That is, in the fifth motor M5, only one of both ends in the drive axis direction is supported by a frame (here, forearm frame 51) so as to be relatively rotatable, and the other is supported by another frame (here, here). , A cantilevered support state that is non-rotatably fixed to the U-shaped frame 42). Here, the point where the fifth axis P5, which is the drive axis of the fifth motor M5, is orthogonal to the fourth axis P4 and the fifth axis P5 and the fourth axis P4 intersect is the third axis. It is the same as the point where P3 intersects the fourth axis P4.

加えて、第四モータＭ４が駆動軸を回転させていない初期状態、すなわち、肘部４０を介して前腕部５０が上腕部３０に対して屈伸するように第四軸Ｐ４周りに回動していない状態で、第五軸Ｐ５は第三軸Ｐ３と同一直線上にある（図１参照）。 In addition, the fourth motor M4 is in the initial state in which the drive shaft is not rotated, that is, the forearm portion 50 is rotated around the fourth shaft P4 so as to bend and extend with respect to the upper arm portion 30 via the elbow portion 40. In the absence state, the fifth axis P5 is on the same straight line as the third axis P3 (see FIG. 1).

このような構成により、第四モータＭ４の駆動軸を回転させると、コ字形フレーム４２と共に第五モータＭ５及び前腕フレーム５１が第四軸Ｐ４周りに回動し、これにより前腕フレーム５１が上腕フレーム３１に対して屈伸する。ここで、肘部フレーム４１は、第三モータＭ３側の端部から第四モータＭ４側の端部に向って、第三軸Ｐ３から離れるように後退している。このような構成により、第四軸Ｐ４周りの回動によって肘部フレーム４１を介して前腕フレーム５１を上腕フレーム３１に対して屈曲させた際に、第五モータＭ５及び前腕フレーム５１が肘部フレーム４１と干渉することを避けつつ、第四軸Ｐ４を第三軸Ｐ３と直交させることができる。 With such a configuration, when the drive shaft of the fourth motor M4 is rotated, the fifth motor M5 and the forearm frame 51 rotate around the fourth shaft P4 together with the U-shaped frame 42, whereby the forearm frame 51 becomes the upper arm frame. Bend and stretch with respect to 31. Here, the elbow frame 41 is retracted from the end on the third motor M3 side toward the end on the fourth motor M4 side so as to be separated from the third axis P3. With such a configuration, when the forearm frame 51 is bent with respect to the upper arm frame 31 via the elbow frame 41 by rotation around the fourth axis P4, the fifth motor M5 and the forearm frame 51 move to the elbow frame. The fourth axis P4 can be orthogonal to the third axis P3 while avoiding interference with 41.

また、第五モータＭ５の駆動軸を回転させると、前腕フレーム５１が第五軸Ｐ５周りに回動し、肘部フレーム４１に対してねじられるように前腕フレーム５１が回動する。 Further, when the drive shaft of the fifth motor M5 is rotated, the forearm frame 51 rotates around the fifth shaft P5, and the forearm frame 51 rotates so as to be twisted with respect to the elbow frame 41.

前腕フレーム５１は箱状で、その内部空間には六つの第八モータＭ８が収容されている。六つの第八モータＭ８のうち五つは、手部７０の構成である五つの指部（第一指８１、第二指８２、第三指８３、第四指８４、及び第五指８５）それぞれの屈曲を駆動するモータであり、第八モータＭ８それぞれの駆動軸に取り付けられたプーリ８８に巻き掛けられたワイヤに牽引されて、それぞれの指部が屈曲する。それぞれの指部の伸長は、第八モータＭ８の逆回転、または、そのモータの逆回転及び指部を伸長方向に付勢するバネによって行われる。残る一つの第八モータＭ８は、第一指８１を基部に交差する軸周りに回動させることにより、他の四つの指部に対して離隔接近させるためのモータである。第一指８１の運動に関する二つの第八モータＭ８と、他の四つの指部の運動に関する四つの第八モータＭ８とは、駆動軸の方向が直角をなすように前腕フレーム５１に収容されている。これにより、前腕フレーム５１の長さを抑えてコンパクトに、六つの第八モータＭ８を収容することができる。 The forearm frame 51 has a box shape, and six eighth motors M8 are housed in the internal space thereof. Five of the six eighth motors M8 are the five fingers that make up the hand 70 (first finger 81, second finger 82, third finger 83, fourth finger 84, and fifth finger 85). It is a motor that drives each bending, and each finger portion is bent by being pulled by a wire wound around a pulley 88 attached to each drive shaft of the eighth motor M8. The extension of each finger is performed by the reverse rotation of the eighth motor M8, or the reverse rotation of the motor and the spring that urges the finger in the extension direction. The remaining one eighth motor M8 is a motor for separating and approaching the other four fingers by rotating the first finger 81 around an axis intersecting the base. The two eighth motors M8 related to the movement of the first finger 81 and the four eighth motors M8 related to the movement of the other four fingers are housed in the forearm frame 51 so that the directions of the drive shafts are at right angles. There is. As a result, the length of the forearm frame 51 can be suppressed to compactly accommodate the six eighth motors M8.

前腕フレーム５１の下端には、駆動軸ｐ１１を水平方向とした第六モータＭ６のモータケースが固着されている。第六モータＭ６は、手部７０を橈屈及び尺屈させるための回動を駆動するモータである。ここで、「橈屈」、及び「尺屈」は、人の手において相当する動作の名称であり、「橈屈」は手の内側（親指側）の骨である橈骨側への手部７０の回動動作であり、「尺屈」は手の外側（小指側）の骨である尺骨側への回動動作である。 A motor case of the sixth motor M6 with the drive shaft p11 in the horizontal direction is fixed to the lower end of the forearm frame 51. The sixth motor M6 is a motor that drives rotation for bending and flexing the hand portion 70. Here, "flexion" and "ulna" are the names of movements corresponding to the human hand, and "flexion" is the bone on the inside (thumb side) of the hand, that is, the hand portion 70 to the radius side. The "ulnar bending" is the rotational movement of the bone on the outside (small finger side) of the hand toward the ulna.

一方、手部７０の両外側の端部からは一対の手首突片７１が、前腕フレーム５１に向かって突出しており、第七モータＭ７の駆動軸方向の両端部が一対の手首突片７１の間に回動可能に支持されている。ここで、一対の手首突片７１は、人の手首における内くるぶし及び外くるぶしに相当する部分であり、第七モータＭ７は、その駆動軸である第七軸Ｐ７周りに手部７０を掌屈及び背屈させるモータである。ここで、「掌屈」及び「背屈」は、人の手において相当する動作の名称であり、「掌屈」は手の平（手掌）側への手部７０の回動動作であり、「背屈」は手の甲（手背）側への回動動作である。第七軸Ｐ７は、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を回転させていない初期状態で、第五軸Ｐ５と直交させている。 On the other hand, a pair of wrist projecting pieces 71 project from both outer ends of the hand portion 70 toward the forearm frame 51, and both ends of the seventh motor M7 in the drive axis direction are the pair of wrist projecting pieces 71. It is rotatably supported between them. Here, the pair of wrist projecting pieces 71 is a portion corresponding to the inner ankle and the outer ankle on a person's wrist, and the seventh motor M7 bends the hand portion 70 around the seventh axis P7, which is the drive axis thereof. And a motor that bends dorsiflexively. Here, "palm flexion" and "dorsiflexion" are the names of movements corresponding to human hands, and "palm flexion" is the rotation movement of the hand portion 70 toward the palm (palm) side, and "dorsiflexion". "Bending" is a rotational movement toward the back (back of the hand) of the hand. The seventh axis P7 is orthogonal to the fifth axis P5 in the initial state in which the drive shaft p11 of the sixth motor M6 is not rotated.

第六モータＭ６と第七モータＭ７は、回動バー６２、固定バー６１、及び伝達バー６３によって連結されており、これら三つのバーと第六モータＭ６、第七モータＭ７及び一対の手首突片７１によって、手首部６０が構成されている。回動バー６２は、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１に一端が固定されており、第六モータＭ６の正逆回転によって回動する。固定バー６１は、一端が前腕フレーム５１に固定されていると共に、他端が第七モータＭ７のモータケースに、駆動軸ｐ１１に平行な第六軸Ｐ６によって相対的な回動可能に軸支されている。第六軸Ｐ６は第七軸Ｐ７と直交していると共に第五軸Ｐ５と直交しており、これら三つの軸Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は一点で交差している。伝達バー６３の一端は、第六軸Ｐ６と平行な軸ｐ１２によって回動バー６２の他端に回動可能に軸支されていると共に、伝達バー６３の他端は、第六軸Ｐ６と平行な軸ｐ１３によって第七モータＭ７のモータケースに回動可能に軸支されている。 The sixth motor M6 and the seventh motor M7 are connected by a rotating bar 62, a fixed bar 61, and a transmission bar 63, and these three bars are connected to the sixth motor M6, the seventh motor M7, and a pair of wrist protrusions. The wrist portion 60 is composed of 71. One end of the rotation bar 62 is fixed to the drive shaft p11 of the sixth motor M6, and the rotation bar 62 is rotated by forward and reverse rotation of the sixth motor M6. One end of the fixed bar 61 is fixed to the forearm frame 51, and the other end is pivotally supported by the motor case of the seventh motor M7 by a sixth shaft P6 parallel to the drive shaft p11 so as to be relatively rotatable. ing. The sixth axis P6 is orthogonal to the seventh axis P7 and is orthogonal to the fifth axis P5, and these three axes P5, P6, and P7 intersect at one point. One end of the transmission bar 63 is rotatably supported on the other end of the rotation bar 62 by a shaft p12 parallel to the sixth axis P6, and the other end of the transmission bar 63 is parallel to the sixth axis P6. The shaft p13 rotatably supports the motor case of the seventh motor M7.

このような構成により、第七モータＭ７の駆動軸を回転させると、手首突片７１を介して、手部７０が第七軸Ｐ７周りに回動し掌屈及び背屈する。また、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を図１における時計回りに回転させると、回動バー６２は駆動軸ｐ１１と共に回動し、これに伴い軸ｐ１２を介して回動バー６２に連結されている伝達バー６３が前腕フレーム５１に向かって引っ張られ、軸ｐ１３周りに時計回りに回動する。これにより、第七モータＭ７のモータケースを介して、第七モータＭ７が第六軸Ｐ６周りに時計回りに回動し、この第七モータＭ７ごと手部７０が第六軸Ｐ６周り回動して尺屈する。逆に、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を反対方向（反時計回り）に回転させると、回動バー６２が反時計回りに回動して伝達バー６３が手部７０側に押し出され、第七モータＭ７が第六軸Ｐ６周りに反時計回りに回動し、第七モータＭ７ごと手部７０が第六軸Ｐ６周り回動して橈屈する。 With such a configuration, when the drive shaft of the seventh motor M7 is rotated, the hand portion 70 rotates around the seventh shaft P7 via the wrist protrusion 71, causing palmar flexion and dorsiflexion. Further, when the drive shaft p11 of the sixth motor M6 is rotated clockwise in FIG. 1, the rotation bar 62 rotates together with the drive shaft p11 and is connected to the rotation bar 62 via the shaft p12 accordingly. The transmission bar 63 is pulled toward the forearm frame 51 and rotates clockwise around the axis p13. As a result, the seventh motor M7 rotates clockwise around the sixth axis P6 via the motor case of the seventh motor M7, and the hand portion 70 together with the seventh motor M7 rotates around the sixth axis P6. Bend over. On the contrary, when the drive shaft p11 of the sixth motor M6 is rotated in the opposite direction (counterclockwise), the rotation bar 62 rotates counterclockwise and the transmission bar 63 is pushed out toward the hand 70. The seven motors M7 rotate counterclockwise around the sixth axis P6, and the hand portion 70 rotates around the sixth axis P6 together with the seventh motor M7 to bend.

第七モータＭ７はモータケースを介して第六軸Ｐ６及び軸ｐ１３に軸支されているため、これらの軸心が第七モータＭ７の駆動軸である第七軸Ｐ７と干渉することがなく、第七軸Ｐ７を第六軸Ｐ６と直交させることが可能となっている。 Since the seventh motor M7 is pivotally supported by the sixth shaft P6 and the shaft p13 via the motor case, these axes do not interfere with the seventh shaft P7, which is the drive shaft of the seventh motor M7. It is possible to make the seventh axis P7 orthogonal to the sixth axis P6.

上記のように、ロボットアーム１においては、肩部１０を介する上腕フレーム３１の前後方向の回動の軸である第一軸Ｐ１と、肩部１０を介する上腕フレーム３１の上下方向の回動の軸である第二軸Ｐ２とが直交しており、上腕フレーム３１に対する肘部フレーム４１のねじり回動の軸である第三軸Ｐ３と第二軸Ｐ２とが直交していると共に、第一軸Ｐ１と第三軸Ｐ３とは同一の点で第二軸Ｐ２と交差している。また、肘部フレーム４１を介する前腕フレーム５１の上腕フレーム３１に対する屈伸のための回動の軸である第四軸Ｐ４と第三軸Ｐ３とが直交しており、肘部フレーム４１に対する前腕フレーム５１のねじり回動の軸である第五軸Ｐ５と第四軸Ｐ４とが直交していると共に、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とは同一の点で第四軸Ｐ４と交差している。更に、第四軸Ｐ４周りに前腕フレーム５１が回動していない初期状態で、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とは同一直線上にある。加えて、手部７０を橈屈及び尺屈させる回動の軸である第六軸Ｐ６と、手部７０を掌屈及び背屈させる回動の軸である第七軸Ｐ７とが直交していると共に、第六軸Ｐ６は第五軸Ｐ５と直交しており、第五軸Ｐ５、第六軸Ｐ６、及び第七軸Ｐ７は一点で交差している。 As described above, in the robot arm 1, the first axis P1 which is the axis of rotation of the upper arm frame 31 in the front-rear direction via the shoulder portion 10 and the vertical rotation of the upper arm frame 31 via the shoulder portion 10 The second axis P2, which is an axis, is orthogonal to the third axis P3, which is the axis of torsional rotation of the elbow frame 41 with respect to the upper arm frame 31, and the second axis P2 is orthogonal to the first axis. P1 and the third axis P3 intersect the second axis P2 at the same point. Further, the fourth axis P4 and the third axis P3, which are the axes of rotation for bending and stretching the forearm frame 51 with respect to the upper arm frame 31 via the elbow frame 41, are orthogonal to each other, and the forearm frame 51 with respect to the elbow frame 41. The fifth axis P5 and the fourth axis P4, which are the axes of torsional rotation, are orthogonal to each other, and the third axis P3 and the fifth axis P5 intersect with the fourth axis P4 at the same point. Further, in the initial state in which the forearm frame 51 does not rotate around the fourth axis P4, the third axis P3 and the fifth axis P5 are on the same straight line. In addition, the sixth axis P6, which is the axis of rotation that bends and flexes the hand 70, and the seventh axis P7, which is the axis of rotation that causes the hand 70 to flex and dorsiflex, are orthogonal to each other. At the same time, the sixth axis P6 is orthogonal to the fifth axis P5, and the fifth axis P5, the sixth axis P6, and the seventh axis P7 intersect at one point.

第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７がこのような関係にあることにより、ロボットアーム１は、人の腕に近い自然な動作で、多様な姿勢を取ることができる。ここで、第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７を上記の関係にすることが可能となっている主な理由は、共にねじり回動の軸である第三軸Ｐ３及び第五軸Ｐ５をそれぞれ駆動軸とする第三モータＭ３及び第五モータＭ５を、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態としているためである。このことを、第三モータＭ３及び第五モータＭ５か片持ち支持状態ではない他の構造と対比して、説明する。 Since the first axis P1 to the seventh axis P7 have such a relationship, the robot arm 1 can take various postures with a natural movement close to that of a human arm. Here, the main reason why the first axis P1 to the seventh axis P7 can have the above relationship is that the third axis P3 and the fifth axis P5, which are both torsional rotation axes, are driven, respectively. Only one of both ends in the drive axis direction of the third motor M3 and the fifth motor M5 as shafts is supported by a frame so as to be relatively rotatable, and the other is non-rotatable to another frame. This is because it is in a fixed cantilever support state. This will be described in comparison with the third motor M3 and the fifth motor M5 or other structures that are not in the cantilever support state.

図７（ａ）は、第三モータＭ３及び第五モータＭ５の支持状態を除けばロボットアーム１と同様の構成であり、第三モータＭ３及び第五モータＭ５が、それぞれ駆動軸方向の両端部がコ字形フレーム３２，４３によって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態であるロボットアーム１０２である。第三モータＭ３を支持しているコ字形フレーム３２は、上腕フレーム３１と干渉しない位置で第三モータＭ３を支持しなければならないため、必然的に、第三モータＭ３の駆動軸である第三軸Ｐ３と上腕フレーム３１の中心軸とがずれてしまう。つまり、上腕フレーム３１に対する肘部フレーム４１のねじり回動の軸である第三軸Ｐ３が、上腕フレーム３１の中心軸からずれてしまう訳であり、人の腕とは異なる不自然な動作となってしまう。 FIG. 7A has the same configuration as the robot arm 1 except that the third motor M3 and the fifth motor M5 are supported, and the third motor M3 and the fifth motor M5 have both ends in the drive axis direction, respectively. Is a robot arm 102 in a double-sided support state in which is relatively rotatably supported by the U-shaped frames 32 and 43. Since the U-shaped frame 32 supporting the third motor M3 must support the third motor M3 at a position that does not interfere with the upper arm frame 31, the third motor M3 is inevitably the drive shaft of the third motor M3. The axis P3 and the central axis of the upper arm frame 31 deviate from each other. That is, the third axis P3, which is the axis of torsional rotation of the elbow frame 41 with respect to the upper arm frame 31, is deviated from the central axis of the upper arm frame 31, resulting in an unnatural movement different from that of a human arm. Will end up.

また、ロボットアーム１０２の上腕フレームとしてロボットアーム１の上腕フレーム３１と同一の太さのものを使用すると、図示のように、第三モータＭ３より外側に上腕フレーム３１がはみ出してしまい、人の腕とは異なる不自然な形状となって外観の悪いものとなる。上腕フレーム３１を細くすれば、このようなはみ出しを避けることができるが、その場合は上腕フレーム３１の機械的強度が低下してしまう。 Further, if a robot arm 102 having the same thickness as the upper arm frame 31 of the robot arm 1 is used as the upper arm frame, the upper arm frame 31 protrudes outside the third motor M3 as shown in the figure, and the human arm It has an unnatural shape different from that of the above and has a bad appearance. If the upper arm frame 31 is made thinner, such protrusion can be avoided, but in that case, the mechanical strength of the upper arm frame 31 is lowered.

一方、第五モータＭ５を支持しているコ字形フレーム４３は、第四モータＭ４を支持しているコ字形フレーム４２と干渉しない位置で第五モータＭ５を支持しなければならない。そのため、第四軸Ｐ４周りの回動が行われていない初期状態であっても、必然的に、第四モータＭ４の駆動軸である第四軸Ｐ４と直交している第三軸Ｐ３と、第五モータＭ５の駆動軸である第五軸Ｐ５とが、同一直線上となることなくずれてしまい、人の腕とは異なる不自然な動作となってしまう。 On the other hand, the U-shaped frame 43 supporting the fifth motor M5 must support the fifth motor M5 at a position that does not interfere with the U-shaped frame 42 supporting the fourth motor M4. Therefore, even in the initial state in which rotation around the fourth axis P4 is not performed, inevitably, the third axis P3 orthogonal to the fourth axis P4, which is the drive axis of the fourth motor M4, The fifth axis P5, which is the drive axis of the fifth motor M5, is displaced without being on the same straight line, resulting in an unnatural operation different from that of a human arm.

ここで、図７（ｂ）に示すように、第四モータＭ４を支持しているコ字形フレーム４２の中央プレートに、第五モータＭ５を支持しているコ字形フレーム４３の支持面の一方を固着すれば、第四軸Ｐ４周りの回動が行われていない初期状態で、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とが同一直線上に位置しているロボットアーム１０３とすることが可能である。しかしながら、この場合は、第五モータＭ５の駆動軸の回転に伴って、第五モータＭ５自身が第五軸Ｐ５周りに回動し、その回動を前腕フレーム５１に伝達する必要があるため、第五モータＭ５のモータケースと前腕フレーム５１とをフレーム４５を介して固定する必要がある。フレーム４５は、コ字形フレーム４３と干渉しないように第五モータＭ５に固定する必要があるため、前腕フレーム５１からはみ出さないようにしようとすれば、図示のように細く機械的強度の低いフレームとならざるを得ず、機械的強度を担保しようとすれば前腕フレーム５１からはみ出して外観の悪いものとなる。また、ロボットアーム１０３は、フレーム４５の長さの分だけ、ロボットアーム１に比べて全長が長くなってしまう。 Here, as shown in FIG. 7B, one of the support surfaces of the U-shaped frame 43 supporting the fifth motor M5 is attached to the central plate of the U-shaped frame 42 supporting the fourth motor M4. If fixed, the robot arm 103 can be formed in which the third axis P3 and the fifth axis P5 are located on the same straight line in the initial state in which the rotation around the fourth axis P4 is not performed. .. However, in this case, as the drive shaft of the fifth motor M5 rotates, the fifth motor M5 itself rotates around the fifth shaft P5, and the rotation needs to be transmitted to the forearm frame 51. It is necessary to fix the motor case of the fifth motor M5 and the forearm frame 51 via the frame 45. The frame 45 needs to be fixed to the fifth motor M5 so as not to interfere with the U-shaped frame 43. Therefore, if the frame 45 is to be fixed so as not to protrude from the forearm frame 51, the frame is thin as shown in the figure and has low mechanical strength. Inevitably, if the mechanical strength is to be ensured, the forearm frame 51 will protrude and the appearance will be poor. Further, the total length of the robot arm 103 is longer than that of the robot arm 1 by the length of the frame 45.

このように、全てのモータをコ字形フレームで支持しているロボットアーム１０２，１０３に比べて、ねじり回動の軸である第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５をそれぞれ駆動軸とする第三モータＭ３と第五モータＭ５を両持ち支持状態としている本実施形態のロボットアーム１では、モータを支持するフレームがモータより外側にはみ出して人の腕とは異なる不自然な形状となるおそれや、はみ出しを押さえるためにフレームを細くすることにより機械的強度が低下するおそれを抑制して、第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７を上記の関係とすることができる。 In this way, compared to the robot arms 102 and 103 in which all the motors are supported by the U-shaped frame, the third motor having the third axis P3 and the fifth axis P5, which are the axes of torsional rotation, as drive axes, respectively. In the robot arm 1 of the present embodiment in which the M3 and the fifth motor M5 are supported by both sides, the frame supporting the motor may protrude outside the motor and have an unnatural shape different from that of a human arm. By thinning the frame in order to hold down the above, the possibility that the mechanical strength is lowered can be suppressed, and the first axis P1 to the seventh axis P7 can have the above relationship.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and as shown below, various improvements are made without departing from the gist of the present invention. And the design can be changed.

例えば、上記では、第一モータＭ１が駆動軸を回転させていない初期状態で、第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している構成として、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向であり、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している構成を例示した（図４（ａ），（ｂ）参照）。これに限定されず、図５（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向より後傾しており、フレーム傾斜方向Ｆが鉛直方向である構成とすることができる。このような構成であっても同様に、図５（ｃ）に示すように、コ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに前方に向って回動できる角度αより、図５（ｄ）に示すように、第一軸Ｐ１周りに後方に向って回動できる角度βの方が大きなものとなる。 For example, in the above, in the initial state in which the first motor M1 does not rotate the drive shaft, the frame tilting direction F of the U-shaped frame 11 is tilted forward with respect to the vertical direction D of the first motor M1. As a configuration, an example is shown in which the vertical direction D of the first motor M1 is in the vertical direction and the frame tilting direction F of the U-shaped frame 11 is tilted forward in the initial state (FIGS. 4A and 4B). )reference). Not limited to this, as shown in FIGS. 5A and 5B, in the initial state, the vertical direction D of the first motor M1 is tilted backward from the vertical direction, and the frame tilting direction F is the vertical direction. It can have a certain configuration. Similarly, even with such a configuration, as shown in FIG. 5 (c), the angle α at which the U-shaped frame 11 can rotate forward around the first axis P1 is shown in FIG. 5 (d). As described above, the angle β that can rotate backward around the first axis P1 is larger.

１ロボットアーム
１０肩部
３０上腕部
４０肘部
５０前腕部
６０手首部
７０手部
Ｍ１第一モータ
Ｍ２第二モータ
Ｍ３第三モータ
Ｍ４第四モータ
Ｍ５第五モータ
Ｍ６第六モータ
Ｍ７第七モータ
Ｐ１第一軸
Ｐ２第二軸
Ｐ３第三軸
Ｐ４第四軸
Ｐ５第五軸
Ｐ６第六軸
Ｐ７第七軸
１１，１２，４２コ字形フレーム
３１上腕フレーム
４１肘部フレーム
５１前腕フレーム
６１固定バー
６２回動バー
６３伝達バー
７１手首突片 1 Robot arm 10 Shoulder 30 Upper arm 40 Elbow 50 Forearm 60 Wrist 70 Hand M1 First motor M2 Second motor M3 Third motor M4 Fourth motor M5 Fifth motor M6 Sixth motor M7 Seventh motor P1 1st axis P2 2nd axis P3 3rd axis P4 4th axis P5 5th axis P6 6th axis P7 7th axis 11,12,42 U-shaped frame 31 Upper arm frame 41 Elbow frame 51 Forearm frame 61 Fixed bar 62 times Dynamic bar 63 Transmission bar 71 Wrist tip

Claims

A robot arm structure including a shoulder portion, an upper arm portion connected to the shoulder portion, an elbow portion connected to the upper arm portion, and a forearm portion connected to the elbow portion.
A first motor that drives the rotation of the upper arm portion in the front-rear direction via the shoulder portion, and
A second motor that drives the vertical rotation of the upper arm via the shoulder, and
A third motor that drives the torsional rotation of the elbow with respect to the upper arm,
A fourth motor that drives the rotation of the forearm with respect to the upper arm via the elbow.
A fifth motor that drives the torsional rotation of the forearm with respect to the elbow is provided.
The first motor, the second motor, and the fourth motor are a pair of the support of a U-shaped frame composed of a central plate and a pair of support surfaces extending at right angles in the same direction from both ends of the central plate, respectively. It is a double-sided support state in which both ends in the drive axis direction are relatively rotatably supported by the surface.
In the third motor and the fifth motor that drive the torsional rotation, only one of both ends in the drive axis direction is supported by a frame so as to be relatively rotatable, and the other is supported by another frame. It is a cantilever support state that is fixed so that it cannot rotate.
The first axis, which is the drive axis of the first motor, and the second axis, which is the drive axis of the second motor, are orthogonal to each other, and the second axis and the third axis, which is the drive axis of the third motor, are orthogonal to each other. At the same time, the first axis and the third axis intersect with the second axis at the same point.
The third axis and the fourth axis, which is the drive axis of the fourth motor, are orthogonal to each other, the fourth axis and the fifth axis, which is the drive axis of the fifth motor, are orthogonal to each other, and the third axis and the third axis are orthogonal to each other. It intersects with the fourth axis at the same point as the fifth axis, and
In the initial state in which the forearm portion does not rotate around the fourth axis, the third axis and the fifth axis are on the same straight line.
The first motor case accommodating the first motor is fixed to a skeleton frame for connecting the shoulder portion to the robot body and is fixed to the skeleton frame.
In a state where the central plate of the second U-shaped frame supporting the second motor is overlapped with one of the supporting surfaces of the first U-shaped frame supporting the first motor. It is stuck and
The second motor case accommodating the second motor is non-rotatably fixed to the upper end of the upper arm frame.
As the first U-shaped frame rotates around the first axis by driving the first motor, the second U-shaped frame, the second motor, and the upper arm frame become the first. It rotates integrally around the axis and
By driving the second motor, the second motor case and the upper arm frame rotate integrally around the second axis without rotating the second U-shaped frame around the second axis. The arm structure of the robot, which is characterized by doing.

One end of the elbow is rotatably connected to the upper arm frame via the third motor, and the other end is rotated with respect to the forearm frame via the fourth motor. It has an elbow frame that is movably connected and
The elbow frame according to claim 1, wherein the elbow frame is retracted from the end on the third motor side toward the end on the fourth motor side so as to be separated from the third axis. Robot arm structure.

Regarding the first U-shaped frame, the direction that changes with the rotation around the first axis driven by the first motor is referred to as the frame tilt direction.
When the direction orthogonal to the first axis and parallel to the side surface of the first motor case is referred to as the motor erection direction,
With not rotate the said first axis by said first motor, in the initial state the second axis is horizontal, and a state in which the frame inclination direction is inclined forward relative to the motor standing direction By being done
From the angle at which the central plate of the first U-shaped frame rotates forward around the first axis from the initial state until it interferes with the first motor case, the first from the initial state. The robot arm structure according to claim 1 or 2, wherein the angle at which the robot rotates rearward around the first axis is larger before it interferes with the motor case.