JP6963155B2 - マニピュレーター及びロボット - Google Patents

Description

本発明の実施例は、ロボットの技術分野に関し、特に、マニピュレーター及びロボットに関する。

マニピュレーターは、ヒューマノイドロボットシステムで最も代表的で複雑な部材であり、ヒューマノイドロボットがピックアップ作業を行うための基礎となる部材である。

本発明者らは、本発明を実現させる過程で、従来のマニピュレーターで１つの手首アクチュエーターによって単一の方向におけるマニピュレーターのハンド部の回転を実現できるが、ハンド部の自由度を増やすために対応して手首アクチュエーターを追加する必要があるため、マニピュレーターがさらに大型で重くなり、マニピュレーターの運動軌跡制御の難易度が上がることを発見した。

本発明の実施例は、従来技術における上記の欠点に対してなされるものであって、１つの手首アクチュエーターでマニピュレーターのハンド部を制御して２つの異なる方向に回転させることを実現できるマニピュレーターを提供することを目的とする。

本発明の実施例は上記の技術的課題を解決するために採用する１つの発明は以下のとおりである。アーム本体と、前記アーム本体に接続される手首アクチュエーターと、前記手首アクチュエーターに回転可能に接続される多自由度接続装置と、前記多自由度接続装置に接続されるハンド部とを含み、前記多自由度接続装置が前記手首アクチュエーターから出力される動力を受け取り、且つ、前記ハンド部の回転を駆動するために用いられるマニピュレーターを提供する。

好ましくは、前記多自由度接続装置は接続部品と、第１の伝動装置と、第２の伝動装置と、傘歯駆動装置とを含み、前記傘歯駆動装置は支持フレームと、第１の自動傘歯車と、第２の自動傘歯車と、第１の遊星歯車とを含む。前記接続部品の一端は前記手首アクチュエーターに接続され、且つ、他端は前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第１の自動傘歯車、第２の自動傘歯車及び前記第１の遊星歯車はいずれも前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第１の自動傘歯車と前記第２の自動傘歯車は対向して設けられ、前記第１の遊星歯車は第１の自動傘歯車と第２の自動傘歯車との間に配置され、且つ、前記第１の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車及び前記第２の自動傘歯車にそれぞれ噛み合う。前記第１の伝動装置は手首アクチュエーターの第１の出力軸及び第１の自動傘歯車にそれぞれ接続され、前記手首アクチュエーターの第１の出力軸は前記第１の自動傘歯車の回転を駆動するために用いられ、前記第２の伝動装置は手首アクチュエーターの第２の出力軸及び第２の自動傘歯車にそれぞれ接続され、前記手首アクチュエーターの第２の出力軸は前記第２の自動傘歯車の回転を駆動するために用いられ、前記ハンド部は前記第１の遊星歯車に接続される。

好ましくは、前記第１の伝動装置は第１のベルトと、第１のプーリーと、第２のプーリーとを含み、前記第１のプーリーは前記手首アクチュエーターの第１の出力軸に接続され、前記第２のプーリーは前記第１の自動傘歯車に接続され、前記第１のベルトは前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに嵌設される。

好ましくは、前記第２の伝動装置は第２のベルトと、第３のプーリーと、第４のプーリーとを含み、前記第３のプーリーは前記手首アクチュエーターの第２の出力軸に接続され、前記第４のプーリーは前記第２の自動傘歯車に接続され、前記第２のベルトは前記第３のプーリー及び前記第４のプーリーに嵌設される。

好ましくは、前記多自由度接続装置は第２の遊星歯車をさらに含む。前記第２の遊星歯車は前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第２の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車と前記第２の自動傘歯車との間に配置され、且つ、前記第２の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車及び前記第２の自動傘歯車にそれぞれ噛み合う。前記ハンド部は前記第２の遊星歯車にも接続される。

好ましくは、前記ハンド部はハンド部本体と、Ｕ字状の接続フレームとを含み、前記ハンド部本体の一端は前記Ｕ字状の接続フレームに接続され、前記Ｕ字状の接続フレームの２つのフットフレームは第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車にそれぞれ接続される。

好ましくは、前記アーム本体は、上腕持上げアクチュエーターと、上腕横転アクチュエーターと、第１の接続フレームと、肘回転アクチュエーターと、肘アクチュエーターと、第２の接続フレームと、手首回転アクチュエーターとを含む。前記上腕横転アクチュエーターのハウジングは前記上腕持上げアクチュエーターの出力端に接続され、前記第１の接続フレームの一端は前記上腕横転アクチュエーターの出力端に接続され、前記肘回転アクチュエーターのハウジングは前記第１の接続フレームの他端に接続され、前記肘アクチュエーターのハウジングは前記肘回転アクチュエーターの出力端に接続され、前記第２の接続フレームの一端は前記肘アクチュエーターの出力端に接続され、前記手首回転アクチュエーターのハウジングは前記第２の接続フレームの他端に接続され、前記手首アクチュエーターのハウジングは前記手首回転アクチュエーターの出力端に接続される。

好ましくは、前記第１の接続フレームは第１の接続縦板と、第２の接続縦板とを含み、前記第１の接続縦板の一端は前記上腕横転アクチュエーターの出力端に接続され、前記第２の接続縦板の一端は前記上腕横転アクチュエーターのハウジングに回転可能に接続され、前記第１の接続縦板及び前記第２の接続縦板の他端はいずれも前記肘回転アクチュエーターのハウジングに接続され、ただし、前記第１の接続縦板と前記第２の接続縦板は並列して設けられる。

好ましくは、前記第１の接続フレームは接続軸受をさらに含み、前記第２の接続縦板の一端は前記接続軸受を介して前記上腕横転アクチュエーターのハウジングに連結される。

好ましくは、前記第１の接続フレームは固定板をさらに含み、前記固定板は前記肘回転アクチュエーターに接続され、前記第１の接続縦板及び前記第２の接続縦板の他端はいずれも前記固定板に接続される。

好ましくは、前記第２の接続フレームは第３の接続縦板と、第４の接続縦板とを含み、前記第３の接続縦板の一端は前記肘アクチュエーターの出力端に接続され、前記第３の接続縦板の他端は前記手首回転アクチュエーターのハウジングに接続され、前記第４の接続縦板の一端は前記肘アクチュエーターのハウジングに回転可能に接続され、前記第４の接続縦板の他端は前記手首回転アクチュエーターのハウジングに接続される。

さらに、本発明の実施例は、上記の技術的課題を解決するために、上記のマニピュレーターを含むロボットを提供する。

本発明の実施例の有益な効果は以下のとおりである。本発明の実施例において、従来技術との相違点として、手首アクチュエーターが多自由度接続装置を介してハンド部に連結され、多自由度接続装置は手首アクチュエーターから出力される動力によってハンド部を駆動して複数の異なる方向に回転させることにより、１つの手首アクチュエーターでマニピュレーターのハンド部を制御して複数の異なる方向に回転させる効果が得られ、マニピュレーターの自由度を変えることなくアクチュエーターの数量を減らすことが実現され、マニピュレーターの構造はよりコンパクトになる。

次に、本発明の具体的な実施例又は従来技術に係る発明をより明瞭に説明するために、具体的な実施例又は従来技術の説明に使用すべき図面について簡単に紹介する。各図面において、類似する要素又は部分は一般に類似する符号で示される。図面の部分において、各要素又は部分は実際の寸法に基づく比例で記載されているとは限らない。
本発明のマニピュレーターの実施例の概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例の分解図である。 本発明のマニピュレーターの実施例におけるアーム本体の分解図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における上腕持上げアクチュエーターの概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における第１の接続フレームの概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における一部要素の概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における第１の伝動装置及び第２の伝動装置の分解図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における第１の伝動装置及び第２の伝動装置の別の分解図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における多自由度接続装置及び手首アクチュエーターの概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における傘歯駆動装置の分解図である。 本発明のマニピュレーターの実施例における傘歯駆動装置の断面図である。 本発明のマニピュレーターの別の実施例における多自由度接続装置の構造概略図である。 本発明のマニピュレーターの実施例の別の分解図である。

次に、図面を用いて本発明に係る技術的解決手段の実施例について詳細に説明する。下記の実施例は本発明に係る技術的解決手段を明瞭に説明するためのものであるため、例示的なものであり、これをもって本発明の保護範囲が限定されるわけではない。

なお、特に説明されていなければ、本願に使用される技術用語又は科学用語は当業者が理解している通常の意義を有する。

なお、本願の説明において、用語「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「半径方向」、「周方向」等で指示された方位又は位置関係は図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本発明の説明の便宜上及び説明の簡素化の観点から記載されたものであるが、その対象となる装置又は要素は必ず特定の方位において、特定の方位で構成及び操作されなければならないことを指示又は示唆するものではなく、よって本発明を限定するものと理解されるべきではない。

また、用語「第１」、「第２」等は説明目的で使用されるものであり、相対的な重要性を指示もしくは示唆する又はその対象となる技術特徴の数量を暗黙的に指示するものと理解されるべきではない。本発明の説明において、特に明確で具体的な限定をしていなければ、「複数」は２つ以上を意味する。

本願において、特に明確に規定又は限定されていなければ、用語「取付け」、「連結」、「接続」、「固定」等は広い意味を有するものとして理解さるべきである。例えば、固定して接続されていてもよいし、取り外し可能に接続されていてもよいし、又は一体として接続されていてもよい。機械的に接続されていてもよいし、電気的に接続されていてもよい。直接連結されていてもよいし、中間の媒介を介して間接的に連結されていてもよいし、又は２つの要素は内部で連通するもしくは２つの要素相互の作用関係に対して使用されてもよい。当業者であれば、状況に応じて本発明における上記の用語の意味を具体的に理解することができる。

本願において、特に明確に規定又は限定されていなければ、第１の特徴が第２の特徴の「上」又は「下」に配置されることは、第１の特徴と第２の特徴が直接接触していてもよいし、又は第１の特徴と第２の特徴が中間の媒介を介して間接的に接触していてもよい。さらに、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上方」又は「以上」に配置されることは、第１の特徴が第２の特徴の直上又は斜め上方に配置されることであってもよいし、又は第１の特徴は第２の特徴より水平面からの高さが大きいことを意味してもよい。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下方」又は「以下」に配置されることは、第１の特徴が第２の特徴の直下又は斜め下方に配置されることであってもよいし、又は第１の特徴は第２の特徴より水平面からの高さが小さいことを意味してもよい。

図１及び図２が参照されるように、マニピュレーター２０は、アーム本体２１と、手首アクチュエーター２２と、多自由度接続装置２３と、ハンド部２４とを含む。多自由度接続装置２３は手首アクチュエーター２２及びハンド部２４にそれぞれ接続され、アーム本体２１は手首アクチュエーター２２に接続される。

上記のアーム本体２１は、図３に示すように、上腕持上げアクチュエーター２１１と、上腕横転アクチュエーター２１２と、第１の接続フレーム２１３と、肘回転アクチュエーター２１４と、肘アクチュエーター２１５と、第２の接続フレーム２１６と、手首回転アクチュエーター２１７とを含む。

上記の上腕持上げアクチュエーター２１１は、図３及び図４に示すように、その出力端に凹溝２１１１が設けられる。上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端は動力を出力するために用いられる。いくつかの実施例において、上腕持上げアクチュエーター２１１はアウターローターアクチュエーターであってもよく、上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端はフランジであり、これによって上腕持上げアクチュエーター２１１の出力トルクは増加する。

上記の上腕横転アクチュエーター２１２は、引き続き図３が参照されるように、そのハウジングにボス２１２１が設けられ、ボス２１２１が凹溝２１１１内に係合され、且つ、ボス２１２１と凹溝２１１１の締まり嵌めにより、上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端への上腕横転アクチュエーター２１２の固定が実現される。上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端が回転する時、上腕横転アクチュエーター２１２も上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端の軸線の回りを回転する。

理解できることであるが、さらにいくつかの実施例において、上腕横転アクチュエーター２１２が上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端に接続されることは、上記の接続方式に限定されない。例えば、上腕横転アクチュエーター２１２は、上腕持上げアクチュエーター２１１の出力端に直接螺着して固定されてもよい。

上記の第１の接続フレーム２１３は、図３、図５及び図６に示すように、第１の接続縦板２１３１と、第２の接続縦板２１３２と、接続軸受２１３３と、固定板２１３４とを含む。第１の接続縦板２１３１の一端が上腕横転アクチュエーター２１２の出力端に螺着され、第１の接続縦板２１３１の他端が固定板２１３４に螺着されることにより、第１の接続縦板２１３１の両端が上腕横転アクチュエーター２１２の出力端及び固定板２１３４にそれぞれ固定されることが実現される。このような固定方式は堅牢に固定でき信頼性が高いため、トルクの伝達に好適であるだけでなく、取り外しやすくなるため、部材のメンテナンスと交換が容易になる。接続軸受２１３３の内輪が上腕横転アクチュエーター２１２のハウジングの、その出力端から離隔する片側に固定され、接続軸受２１３３の外輪が第２の接続縦板２１３２の一端に固定されることにより、上腕横転アクチュエーター２１２のハウジングへの第２の接続縦板２１３２の回転可能な接続が実現される。第２の接続縦板２１３２の他端が固定板２１３４に螺着され、且つ、第２の接続縦板２１３２が第１の接続縦板２１３１に整列して設けられることにより、第１の接続縦板２１３１と第２の接続縦板２１３２が並列して設けられることが実現される。ただし、第１の接続縦板２１３１と第２の接続縦板２１３２との間に、配線のために配線スペースが保留され、取付けが一層容易になる。

理解できることであるが、上腕横転アクチュエーター２１２のハウジングへの第２の接続縦板２１３２の回転可能な接続は同等な接続効果を実現できるその他の接続方式、例えば、隙間嵌めなどであってもよい。

第１の接続縦板２１３１の一端が上腕横転アクチュエーター２１２の出力端に固定され、第２の接続縦板２１３２が上腕横転アクチュエーター２１２のハウジングに回転可能に接続されるため、上腕横転アクチュエーター２１２の出力端が第１の接続縦板２１３１を駆動して回転させる時、第２の接続縦板２１３２は従動部品として、追従して回転し、また固定板２１３４は第１の接続縦板２１３１及び第２の接続縦板２１３２に固定されているため、追従して回転する。

上記の肘回転アクチュエーター２１４は、引き続き図３が参照されるように、固定板２１３４に連結されているため、肘回転アクチュエーター２１４と第１の接続フレーム２１３の接続が実現され、さらに、肘回転アクチュエーター２１４と上腕横転アクチュエーター２１２は第１の接続フレーム２１３を介して接続される。上腕横転アクチュエーター２１２の出力端が回転する時、肘回転アクチュエーター２１４も上腕横転アクチュエーター２１２の出力端の軸線の回りを回転する。

理解できることであるが、第１の接続縦板２１３１及び第２の接続縦板２１３２の他端は肘回転アクチュエーター２１４に直接螺着又は係合して固定されてもよい。さらに、第１の接続フレーム２１３は同等な接続効果を実現できるその他の装置であってもよく、ここでその方の説明は省略される。

上記の肘アクチュエーター２１５は、引き続き図３が参照されるように、そのハウジングが肘回転アクチュエーター２１４の出力端に固定され、肘回転アクチュエーター２１４の出力端が回転する時、肘アクチュエーター２１５も肘回転アクチュエーター２１４の出力端の軸線の回りを回転する。

上記の第２の接続フレーム２１６及び手首回転アクチュエーター２１７には、引き続き図３が参照されるように、第２の接続フレーム２１６は第３の接続縦板２１６１と、第４の接続縦板２１６２とを含み、第３の接続縦板２１６１の一端が肘アクチュエーター２１５の出力端に固定され、第３の接続縦板２１６１の他端が手首回転アクチュエーター２１７のハウジングに固定され、第４の接続縦板２１６２の一端が肘アクチュエーター２１５のハウジングに回転可能に接続され、第４の接続縦板２１６２の他端が手首回転アクチュエーター２１７のハウジングに固定されることにより、手首回転アクチュエーター２１７と肘アクチュエーター２１５が第２の接続フレーム２１６を介して接続されることが実現される。肘アクチュエーター２１５の出力端が回転する時、手首回転アクチュエーター２１７も肘回転アクチュエーター２１５の出力端の軸線の回りを回転する。

いくつかの実施例において、第４の接続縦板２１６２の一端が肘アクチュエーター２１５のハウジングに回転可能に接続されることは、隙間嵌め接続又は軸受での接続などの接続方式が好ましい。

理解できることであるが、第３の接続縦板２１６１及び第４の接続縦板２１６２が手首回転アクチュエーター２１７に接続されることは、上記の接続方式に限定されず、第３の接続縦板２１６１の他端及び第４の接続縦板２１６２の他端は接続板を介して手首回転アクチュエーター２１７のハウジングに固定されることであってもよい。第２の接続フレーム２１６は同等な接続効果を実現できるその他の装置であってもよく、ここでその方の説明は省略される。

アーム本体２１が異なるアクチュエーター及び接続フレームに分割され、アクチュエーター同士は直接接続又は接続フレームを介して接続されることにより、マニピュレーター２０のモジュール化された設計が実現され、これによってマニピュレーター２０の取付け、部材のメンテナンス及び交換が容易になる。当然ながら、マニピュレーター２０のタイプ又はその設計要項の違いにより、その必要な自由度は異なる。これに応じて、アーム本体２１に含まれるアクチュエーター及び接続フレームの数量も異なる。

上記の手首アクチュエーター２２は、図７及び図８に示すように、第１のモータ（図示せず）と、第２のモータ（図示せず）とを含み、第１のモータは第１の出力軸２２１を介して出力し、第２のモータは第２の出力軸２２２を介して出力する。第１の出力軸２２１及び第２の出力軸２２２は同一の又は異なる速度で同一の又は異なる方向にそれぞれ回転することができる。図６に示すように、手首アクチュエーター２２のハウジングが手首回転アクチュエーター２１７の出力端に固定されることにより、手首アクチュエーター２２とアーム本体２１の接続が実現される。手首回転アクチュエーター２１７の出力端が回転する時、手首アクチュエーター２２も手首回転アクチュエーター２１７の出力端の軸線の回りを回転する。

上記の多自由度接続装置２３は、図７〜図９に示すように、傘歯駆動装置２３１と、接続部品２３２と、第１の伝動装置２３３と、第２の伝動装置２３４とを含む。

上記の傘歯駆動装置２３１は、図１０及び図１１に示すように、支持フレーム２３１１と、第１の自動傘歯車２３１２と、第２の自動傘歯車２３１３と、第１の遊星歯車２３１４と、支持部品２３１５と、第１の内側軸受２３１６と、第２の内側軸受２３１７と、第３の内側軸受２３１８と、第１の外側軸受２３１９と、第２の外側軸受２３１１０と、第３の外側軸受２３１１１と、第４の外側軸受２３１１２とを含む。支持フレーム２３１１に第１のザグリ穴２３１１ａと、第２のザグリ穴２３１１ｂと、第３のザグリ穴２３１１ｃと、第４のザグリ穴２３１１ｄとが設けられ、第１のザグリ穴２３１１ａと第２のザグリ穴２３１１ｂは対向して設けられ、第３のザグリ穴２３１１ｃと第４のザグリ穴２３１１ｄは対向して設けられ、且つ、第３のザグリ穴２３１１ｃは第１のザグリ穴２３１１ａ及び第２のザグリ穴２３１１ｂにそれぞれ連通し、第４のザグリ穴２３１１ｄは第１のザグリ穴２３１１ａ及び第２のザグリ穴２３１１ｂにそれぞれ連通する。第１の内側軸受２３１６が第１のザグリ穴２３１１ａ内に固定され、第１の自動傘歯車２３１２の一方の軸端が第１の内側軸受２３１６内に嵌設されることにより、第１の自動傘歯車２３１２の支持フレーム２３１１への回転可能な接続が実現される。第１の外側軸受２３１９が第１の自動傘歯車２３１２の他方の軸端の外に嵌設される。第２の内側軸受２３１７が第２のザグリ穴２３１１ｂ内に固定され、第２の自動傘歯車２３１３の一方の軸端が第２の内側軸受２３１７内に嵌設されることにより、第２の自動傘歯車２３１３の支持フレーム２３１１への回転可能な接続が実現される。第２の外側軸受２３１１０が第２の自動傘歯車２３１３の他方の軸端の外に嵌設される。第３の内側軸受２３１８及び第３の外側軸受２３１１１はいずれも第３のザグリ穴２３１１ｃ内に固定され、第１の遊星歯車２３１４の２つの軸端は第３の内側軸受２３１８及び第３の外側軸受２３１１１の内にそれぞれ嵌設されることにより、第１の遊星歯車２３１４の支持フレーム２３１１への回転可能な接続が実現される。

第１の自動傘歯車２３１２、第２の自動傘歯車２３１３及び第１の遊星歯車２３１４がいずれも支持フレーム２３１１に回転可能に接続される場合、第１の自動傘歯車２３１２と第２の自動傘歯車２３１３は対向して設けられ、第１の遊星歯車２３１４は第１の自動傘歯車２３１２と第２の自動傘歯車２３１３との間に配置され、且つ、第１の遊星歯車２３１４は第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３にそれぞれ噛み合うことにより、第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３は第１の遊星歯車２３１４を連れて回転させることができる。第４の外側軸受２３１１２が第４のザグリ穴２３１１ｄ内に固定され、支持部品２３１５が第４の外側軸受２３１１２内に嵌設されることにより、支持部品２３１５の支持フレーム２３１１への回転可能な接続が実現される。支持部品２３１５及び第１の遊星歯車２３１４はいずれもハンド部に固定され、第１の遊星歯車２３１４が回転する時、第１の遊星歯車２３１４はハンド部を駆動して回転させ、支持部品２３１５は従動部品として、追従して回転する。

理解できることであるが、さらにいくつかの実施例において、傘歯駆動装置２３１は支持部品２３１５又は第４の外側軸受２３１１２を含まず、ハンド部は第１の遊星歯車２３１４に直接固定されてもよい。さらに、第１の自動傘歯車２３１２、第２の自動傘歯車２３１３、第１の遊星歯車２３１４及び支持部品２３１５の支持フレーム２３１１への回転可能な接続方式は、上記の接続方式に限定されず、その他の接続方式であってもよく、ここでその方の説明は省略される。支持フレーム２３１１の構造は同等な載置・接続を実現できるその他の構造であってもよく、ここでその説明は省略される。

上記の接続部品２３２は、図７に示すように、第１の接続板２３２１と、第２の接続板２３２２とを含み、第１の接続板２３２１の一端が手首アクチュエーター２２のハウジングに固定され、且つ、他端が第１の外側軸受２３１９の外輪に固定され、第２の接続板２３２２の一端が手首アクチュエーターのハウジングに固定され、且つ、他端が第２の外側軸受２３１１０の外輪に固定されることにより、接続部品２３２の一端が手首アクチュエーターのハウジングに固定され、且つ、他端が傘歯駆動装置２３１に回転可能に接続されることが実現される。

理解できることであるが、接続部品２３２の傘歯駆動装置２３１への回転可能な接続方式は、上記の接続方式に限定されず、その他の接続方式であってもよい。例えば、傘歯駆動装置２３１は第１の外側軸受２３１９又は第２の外側軸受２３１１０を含まず、支持フレーム２３１１に第１の軸孔（図示せず）と、第２の軸孔（図示せず）とが設けられ、第１の接続板２３２１の一端が手首アクチュエーター２２に固定され、且つ、他端に第１の突起部（図示せず）が設けられ、第１の突起部（図示せず）が第１の軸孔（図示せず）内に挿入され、且つ、第１の突起部（図示せず）は第１の軸孔（図示せず）に対して回転でき、第２の接続板２３２２の一端が手首アクチュエーター２２に固定され、且つ、他端に第２の突起部（図示せず）が設けられ、第２の突起部（図示せず）が第２の軸孔（図示せず）内に挿入され、且つ、第２の突起部（図示せず）は第２の軸孔（図示せず）に対して回転できる。接続部品２３２は同等な接続効果を実現できるその他の装置であってもよく、ここでその説明は省略される。

上記の第１の伝動装置２３３は、図７及び図８に示すように、第１のベルト２３３１と、第１のプーリー２３３２と、第２のプーリー２３３３とを含む。第１のプーリー２３３２が手首アクチュエーターの第１の出力軸２２１に接続され、第２のプーリー２３３３が第１の自動傘歯車２３１２に接続され、第１のベルト２３３１が第１のプーリー２３３２及び前記第２のプーリー２３３３に嵌設され、手首アクチュエーター２２の第１の出力軸２２１が回転する時、第１の出力軸２２１は第１のプーリー２３３２を連れて回転させ、第１のプーリー２３３２は第１のベルト２３３１を介して第２のプーリー２３３３を連れて回転させ、第２のプーリー２３３３は第１の自動傘歯車２３１２を連れて回転させることにより、第１の伝動装置２３３は手首アクチュエーター２２の第１の出力軸２２１及び第１の自動傘歯車２３１２にそれぞれ接続され、手首アクチュエーター２２の第１の出力軸２２１を第１の自動傘歯車２３１２の回転を駆動するために用いることが実現される。

上記の第２の伝動装置２３４は、引き続き図７及び図８が参照されるように、第２のベルト２３４１と、第３のプーリー２３４２と、第４のプーリー２３４３とを含む。第３のプーリー２３４２は手首アクチュエーター２２の第２の出力軸２２２に接続され、第４のプーリー２３４３は第２の自動傘歯車２３１３に接続され、第２のベルト２３４１は第３のプーリー２３４２及び前記第４のプーリー２３４３に嵌設され、手首アクチュエーター２２の第２の出力軸２２２が回転する時、第２の出力軸２２２は第３のプーリー２３４２を連れて回転させ、第３のプーリー２３４２は第２のベルトを介して第４のプーリー２３４３を連れて回転させ、第４のプーリー２３４３は第２の自動傘歯車２３１３を連れて回転させることにより、第２の伝動装置２３４は手首アクチュエーター２２の第２の出力軸２２２及び第２の自動傘歯車２３１３にそれぞれ接続され、手首アクチュエーター２２の第２の出力軸２２２を前記第２の自動傘歯車２３１３の回転を駆動するために用いることが実現される。

理解できることであるが、その他の実施例において、第１の伝動装置２３３及び第２の伝動装置２３４は同等な伝動効果を実現できるその他の伝動装置、例えば、歯車での伝動などであってもよい。

次に、多自由度接続装置２３がどのように駆動ハンド部２４を駆動して２つの方向に回転させるかを理解させるために、以下は、多自由度接続装置２３がハンド部２４の回転を駆動することの原理について詳細に説明する。

（１）第１の出力軸２２１と第２の出力軸２２２の回転速度及び回転方向が同じである場合、第１の自動傘歯車２３１２と第２の自動傘歯車２３１３の回転速度及び回転方向も同じであり、第１の遊星歯車２３１４は第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３に噛み合うため、第１の遊星歯車２３１４の両側の歯面にかかる力は大きさも方向も同じである。よって、第１の遊星歯車２３１４は自転できず、第１の遊星歯車２３１４及び支持フレーム２３１１はいずれも第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３の軸線を中心線に回転し、これによってハンド部を連れて第１の方向に回転させる。

（２）第１の出力軸２２１と第２の出力軸２２２の回転速度が同じであり回転方向が逆になる場合、第１の遊星歯車２３１４の両側の歯面にかかる力は大さが同じであるが、方向が逆になり、即ち第１の遊星歯車２３１４の半径方向にかかるせん断応力の正味力はゼロになるが、第１の遊星歯車２３１４の両側の歯面にかかる力に差がある。よって第１の遊星歯車２３１４は第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３の軸線を中心線に回転できず、第１の遊星歯車２３１４は自転でき、これによってハンド部を連れて第２の方向に回転させる。ただし、第１の方向と第２の方向は異なる。

（３）第１の出力軸２２１と第２の出力軸２２２の回転速度が異なり回転方向が同じである場合、第１の遊星歯車２３１４の両側の歯面にかかる力の方向は同じであり、即ち第１の遊星歯車２３１４の半径方向にかかるせん断応力の正味力はゼロではなく、第１の遊星歯車２３１４の両側の歯面にかかる力に差がある。よって第１の遊星歯車２３１４及び支持フレーム２３１１はいずれも第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３の軸線を中心線に回転し、且つ、第１の遊星歯車２３１４も自転し、これによってハンド部を連れて第１の方向及び第２の方向に同時に回転させる。さらにいくつかの実施例において、第１の出力軸２２１と第２の出力軸２２２の回転速度が異なり回転方向が同じであることを実現するために、第１の出力軸２２１及び第２の出力軸２２２は同一のモータによって駆動されてもよい。多自由度接続装置２３は減速装置を含んでもよく、第１の出力軸２２１又は第２の出力軸２２２の一端は減速装置に連結されてもよく、これで第１の出力軸２２１と第２の出力軸２２２の回転速度は異なることになり、２つの異なる方向におけるハンド部２４の同時回転が実現される。

さらにいくつかの実施例において、傘歯駆動装置２３１における支持部品２３１５を第２の遊星歯車２３１０に置き換えてもよい。図１２に示すように、第２の遊星歯車２３１０の一方の軸端が第４の外側軸受２３１１２内に嵌設されることにより、第２の遊星歯車２３１０の支持フレーム２３１１への回転可能な接続が実現される。第２の遊星歯車２３１０はそれぞれ第１の自動傘歯車２３１２及び第２の自動傘歯車２３１３にも噛み合う。ハンド部は第１の遊星歯車２３１４及び第２の遊星歯車２３１０にそれぞれ接続される。ただし、第２の遊星歯車２３１０の回転方式は第１の遊星歯車２３１４の回転方式と同じであるため、ここでその方の説明は省略される。

理解できることであるが、その他の実施例において、手首アクチュエーター２２のモータの数量は３つ又は４つなどであってもよい。これによって、手首アクチュエーター２２は多自由度接続装置２３によりハンド部２４を駆動して、３つ又は４つなどの異なる方向に回転させることできる。ここでその説明は省略される。

上記のハンド部２４は、図１３に示すように、Ｕ字状の接続フレーム２４１を含み、Ｕ字状の接続フレーム２４１の一方のフットフレームは第１の遊星歯車２３１４の一方の軸端面に螺着され、Ｕ字状の接続フレーム２４１の他方のフットフレームは第２の遊星歯車２３１０の一方の軸端面又は支持部品２３１５に螺着される。第１の遊星歯車２３１４及び第２の遊星歯車２３１０の両方又は第１の遊星歯車２３１４のみが回転する時、ハンド部２４も追従して回転する。

理解できることであるが、Ｕ字状の接続フレーム２４１は同等な接続効果を実現できるその他の装置であってもよく、ここでその方の説明は省略される。

当然ながら、さらにいくつかの実施例において、マニピュレーター２０は複数の多自由度接続装置２３を含んでもよく、これによってマニピュレーター２０の関節の数量がさらに減少し、マニピュレーター２０の重量も低減し、その集積化された程度が向上する。さらに、マニピュレーター２０の運動制御において、マニピュレーター２０の末端の姿勢はその前方の関節が共同で決定されるため、末端の前方に関節が多ければ多いほど、マニピュレーター２０の運動軌跡の計画及び制御に必要なアルゴリズムはより複雑になるが、関節が少ない場合、マニピュレーター２０の自由度が制限され、その柔軟性が損なわれる。本発明はその柔軟性の実現を確保しながら、関節を減らすことにより、マニピュレーター２０の運動軌跡の計画及び制御の難易度を下げることが実現できる。

本発明の実施例で、多自由度接続装置２３が手首アクチュエーター２２及びハンド部２４にそれぞれ連結され、多自由度接続装置２３は手首アクチュエーター２２の動力をハンド部２４に伝達し、且つ、手首アクチュエーター２２に駆動されて複数の異なる方向に回転可能にすることにより、１つの手首アクチュエーター２２でマニピュレーター２０のハンド部２４を制御して複数の異なる方向に回転させる効果を得て、マニピュレーター２０の自由度を変えることなくアクチュエーターの数量を減らすことが実現され、これによってマニピュレーター２０の構造はよりコンパクトになり、集積化された程度が向上する。さらに、本発明の実施例で、アーム本体２１を異なるアクチュエーター及び接続フレームに分割させることにより、マニピュレーター２０のモジュール化された程度が向上し、マニピュレーター２０の取付け、部材のメンテナンス及び交換が容易になる。

さらに、本発明はマニピュレーターを含むロボットを提供する。前記マニピュレーターは上記の実施例に係るマニピュレーターと構造及び機能が同じであるため、マニピュレーターの構造及び機能に関して上記の実施例を参照できる。ここでその方の説明は省略される。

最後に言及すべきは、上記の各実施例は本発明に係る技術的解決手段を説明するためのものであって、限定を加えるものではない。上述した各実施例を用いて本発明の詳細な説明をしているが、当業者であれば、なおも上述した各実施例に記載の技術的解決手段に変更を加えるか、又はその一部又は全ての技術特徴に同等な置き換えを行うことができ、これらの変更又は置き替えにより、その対象となる技術的解決手段の趣旨が本発明の各実施例の発明の範囲から逸脱することはなく、それらはいずれも本発明の特許請求の範囲及び明細書の記載範囲に含まれることは理解できる。特に、構造的に矛盾がなければ、各実施例に言及されている各技術特徴は任意の方式で組み合わせることができる。よって、本発明は既に開示されている特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲に含まれている全ての技術的解決手段を含んでいる。

２１...アーム本体、２１３３...接続軸受、２３４２...第３のプーリー、２１１...上腕持上げアクチュエーター、２１３４...固定板、２３１...傘歯駆動装置、２１１１...凹溝、２１４...肘回転アクチュエーター、２３１２...第１の自動傘歯車、２１２...上腕横転アクチュエーター、２１５...肘アクチュエーター、２３１３...第２の自動傘歯車、２１２１...ボス、２１６...第２の接続フレーム、２３１４...第１の遊星歯車、２１３...第１の接続フレーム、２１７...手首回転アクチュエーター、２３１０...第２の遊星歯車、２１３１...第１の接続縦板、２２...手首アクチュエーター、２４１...Ｕ字状の接続フレーム、２１３２...第２の接続縦板、２２１...第１の出力軸、２４...ハンド部、２３４３...第４のプーリー、２１６１...第３の接続縦板、２３１５...支持部品、２３１６...第１の内側軸受、２３１７...第２の内側軸受、２３４...第２の伝動装置、２３１９...第１の外側軸受、２３１１０...第２の外側軸受、２３１１１...第３の外側軸受、２３１１２...第４の外側軸受、２３１１ａ...第１のザグリ穴、２３１１ｂ...第２のザグリ穴、２３１１ｃ...第３のザグリ穴、２３１１ｄ...第４のザグリ穴。

Claims (11)

1. アーム本体と、
   前記アーム本体に接続される手首アクチュエーターと、
   前記手首アクチュエーターに回転可能に接続される多自由度接続装置と、
   前記多自由度接続装置に接続されるハンド部とを含み、前記多自由度接続装置は前記手首アクチュエーターから出力される動力を受け取り、且つ、前記ハンド部の回転を駆動するために用いられ、
   前記アーム本体は、上腕持上げアクチュエーターと、上腕横転アクチュエーターと、第１の接続フレームと、肘回転アクチュエーターと、肘アクチュエーターと、第２の接続フレームと、手首回転アクチュエーターとを含み、
   前記上腕横転アクチュエーターのハウジングは前記上腕持上げアクチュエーターの出力端に接続され、前記第１の接続フレームの一端は前記上腕横転アクチュエーターの出力端に接続され、前記肘回転アクチュエーターのハウジングは前記第１の接続フレームの他端に接続され、前記肘アクチュエーターのハウジングは前記肘回転アクチュエーターの出力端に接続され、前記第２の接続フレームの一端は前記肘アクチュエーターの出力端に接続され、前記手首回転アクチュエーターのハウジングは前記第２の接続フレームの他端に接続され、前記手首アクチュエーターのハウジングは前記手首回転アクチュエーターの出力端に接続されることを特徴とするマニピュレーター。
2. 前記多自由度接続装置は接続部品と、第１の伝動装置と、第２の伝動装置と、傘歯駆動装置とを含み、前記傘歯駆動装置は支持フレームと、第１の自動傘歯車と、第２の自動傘歯車と、第１の遊星歯車とを含み、
   前記接続部品の一端は前記手首アクチュエーターに接続され、且つ、他端は前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第１の自動傘歯車、第２の自動傘歯車及び前記第１の遊星歯車はいずれも前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第１の自動傘歯車と前記第２の自動傘歯車は対向して設けられ、前記第１の遊星歯車は第１の自動傘歯車と第２の自動傘歯車との間に配置され、且つ、前記第１の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車及び前記第２の自動傘歯車にそれぞれ噛み合い、
   前記第１の伝動装置は手首アクチュエーターの第１の出力軸及び第１の自動傘歯車にそれぞれ接続され、前記手首アクチュエーターの第１の出力軸は前記第１の自動傘歯車の回転を駆動するために用いられ、前記第２の伝動装置は手首アクチュエーターの第２の出力軸及び第２の自動傘歯車にそれぞれ接続され、前記手首アクチュエーターの第２の出力軸は前記第２の自動傘歯車の回転を駆動するために用いられ、前記ハンド部は前記第１の遊星歯車に接続されることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレーター。
3. 前記第１の伝動装置は第１のベルトと、第１のプーリーと、第２のプーリーとを含み、前記第１のプーリーは前記手首アクチュエーターの第１の出力軸に接続され、前記第２のプーリーは前記第１の自動傘歯車に接続され、前記第１のベルトは前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに嵌設されることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレーター。
4. 前記第２の伝動装置は第２のベルトと、第３のプーリーと、第４のプーリーとを含み、前記第３のプーリーは前記手首アクチュエーターの第２の出力軸に接続され、前記第４のプーリーは前記第２の自動傘歯車に接続され、前記第２のベルトは前記第３のプーリー及び前記第４のプーリーに嵌設されることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレーター。
5. 前記多自由度接続装置は第２の遊星歯車をさらに含み、
   前記第２の遊星歯車は前記支持フレームに回転可能に接続され、前記第２の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車と前記第２の自動傘歯車との間に配置され、且つ、前記第２の遊星歯車は前記第１の自動傘歯車及び前記第２の自動傘歯車にそれぞれ噛み合い、
   前記ハンド部は前記第２の遊星歯車にも接続されることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレーター。
6. 前記ハンド部はハンド部本体と、Ｕ字状の接続フレームとを含み、前記ハンド部本体の一端は前記Ｕ字状の接続フレームに接続され、前記Ｕ字状の接続フレームの２つのフットフレームは第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項５に記載のマニピュレーター。
7. 前記第１の接続フレームは第１の接続縦板と、第２の接続縦板とを含み、前記第１の接続縦板の一端は前記上腕横転アクチュエーターの出力端に接続され、前記第２の接続縦板の一端は前記上腕横転アクチュエーターのハウジングに回転可能に接続され、前記第１の接続縦板及び前記第２の接続縦板の他端はいずれも前記肘回転アクチュエーターのハウジングに接続され、ただし、前記第１の接続縦板と前記第２の接続縦板は並列して設けられることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレーター。
8. 前記第１の接続フレームは接続軸受をさらに含み、前記第２の接続縦板の一端は前記接続軸受を介して前記上腕横転アクチュエーターのハウジングに連結されることを特徴とする請求項７に記載のマニピュレーター。
9. 前記第１の接続フレームは固定板をさらに含み、前記固定板は前記肘回転アクチュエーターに接続され、前記第１の接続縦板及び前記第２の接続縦板の他端はいずれも前記固定板に接続されることを特徴とする請求項７に記載のマニピュレーター。
10. 前記第２の接続フレームは第３の接続縦板と、第４の接続縦板とを含み、前記第３の接続縦板の一端は前記肘アクチュエーターの出力端に接続され、前記第３の接続縦板の他端は前記手首回転アクチュエーターのハウジングに接続され、前記第４の接続縦板の一端は前記肘アクチュエーターのハウジングに回転可能に接続され、前記第４の接続縦板の他端は前記手首回転アクチュエーターのハウジングに接続されることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレーター。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマニピュレーターを含むことを特徴とするロボット。

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