JPH0347994B2 - - Google Patents

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JPH0347994B2
JPH0347994B2 JP18907582A JP18907582A JPH0347994B2 JP H0347994 B2 JPH0347994 B2 JP H0347994B2 JP 18907582 A JP18907582 A JP 18907582A JP 18907582 A JP18907582 A JP 18907582A JP H0347994 B2 JPH0347994 B2 JP H0347994B2
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JP
Japan
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support
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JP18907582A
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JPS5981086A (ja
Inventor
Masao Kohama
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は人の立入ることができない狭い空間内
の点検や簡単な作業をするための多関節アームに
関する。
〔従来技術とその問題点〕
塔槽類の内部や、原子炉内部あるいは核融合炉
の炉体内部、核燃料再処理工場遮へいセル内の塔
槽類等のように、大きな開口部を設置して人間が
中に入つて内部の点検や簡単な作業をすること
が、空間的な制約や高放射線領域等の環境の安全
上の制約から不可能は旋設では、運転する人間が
安全な場所にいて、作業を行う装置だけを前記の
ような環境内に設置あるいは進入させて、遠隔操
作により作業を行うことができる装置の実用化が
強く要望されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は狭い空間や悪環境下において検
査や簡単な作業をするのに適した形状が自在に変
形できる多関節アームを提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明は一端に回動要素を有する第1の支持部
材と、この第1の支持部材の回動要素に回動自在
に設けた半円状の第1のガイド部材と、この第1
のガイド部材の回動軸に交差して一体に設けた半
円状の第2のガイド部材と、この第2のガイド部
材を回動自在とする回動要素を一端に有する第2
の支持部材と、この第2の支持部材に固設されか
つ前記第1のガイド部をその半円の周方向に回動
駆動する第1の動力源と、前記第1の支持部材に
固設されかつ前記第2のガイド部をその半円の周
方向に回動駆動する第2の動力源と、第1の支持
部材と第1のガイド部材との回動角度を検知する
第1の角度検出器と、第2の支持部材と第2のガ
イド部材との間の回動角度を検知する第2の角度
検出器とからなる関節装置を複数個有し、各関節
装置の支持部材を連接したことを特徴とし、ある
範囲内の立体角内を自由に運転できる関節を複数
個直列に連結してあるので、アーム全体の形状を
自在に変形できる多関節アームである 〔発明の効果〕 本発明によれば、多関節アームは自在な形状を
とることができ、狭い空間や障害物の裏側等を見
ることができ、人間が近づくことができない場所
の点検や簡単な作業が可能になる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例を示す説明図で、1は
多関節アーム、1−11,1−12,…1−1n
+1は支持部材、1−21,1−22,…1−2
nは関節部、2は多関節アーム1を支持する支持
フランジ、3は多関節アーム1の先端に取付けた
点検用のTVカメラあるいは簡単な作業をするた
めのハンド等の点検作業用部材、4は支持フラン
ジ2を取付けるベースである。この支持部材1−
13,1−14,…1−1n,1−1n+1は関
節部1−23,1−24,…,1−2nと順次結
合して多関節アーム1を構成している。
多関節アーム1の各関節部1−21,…,1−
2nは2つの自由度を持つている。すなわち、あ
る範囲の立体角内で自由に運動することができ、
複数の関節部の組合せにより複雑な形状をとるこ
とができる。
第2図は支持部材と関節部の一部を具体的な構
造を示した図である。第1の支持部材1−12
は、筒体5とこの端に設けられた支持バー6,7
および支持円板8を骨組とし、支持円板8には後
述するガイド部材の駆動源のモータ9が取付け固
定されている。このモータ9の軸に連設されたウ
オーム10は、支持板11,12により支持さ
れ、図示しない軸受を介して、ウオームホイール
13噛合している。ウオームホイール13は、軸
14上に固定されて軸14と一体となつて回転す
る。軸14には平歯車15が固定され、支持バー
6,7に図示しない軸受を介して支持されてい
る。平歯車15には半円状のガイド部材である半
円状の歯車16が歯合している。この半円状の歯
車16は他の半円状のガイド部材である半円状の
歯車17と直交するように組合せて一体となつて
いる。またこの半円状の歯車16は次に連結する
支持部材1−12の支持バー18,19の端にY
−Y′軸を中心に回動可能に支持されており、半
円状の歯車17は支持部材1−11側の支持バー
6,7の端にX−X′軸を中心に回動可能に支持
されている。半円状の歯車17には平歯20がウ
オームホイール21と共に軸設されて歯合してい
る。ウオームホイール21はウオーム22に歯合
しモータ23によつて駆動できるようになつてい
る。このモータ23の駆動軸とウオーム22の軸
とは継手24を介して接続されている。このよう
にして第1の関節部1−21を構成している。同
様に第2の支持部材1−12および第2の関節部
1−22が直列連設され、第3の支持部材1−1
3に繁つている。尚、支持部材1−12の筒体2
5はその周囲に剛性をわない程度に重量を転減す
るための窓26が設けられている。これらの多関
節アーム1全体には可撓性のある被覆体27で被
覆され特に関節部1−21,1−22の周囲はジ
ヤバラ状となつている。
尚、ガイド部材はこの実施例では歯車で歯合さ
せた場合について説明しているが、その結合にワ
イヤあるいはチエンを用いて構成しても良い。
今、第1の支持部材1−11のモータ9が回転
して、動力がウオーム10、ウオームホイール1
3を介して軸14に伝えられると、平歯車15が
回転し、半円状の歯車16をY−Y′軸まわりに
回転させるように働くが、半円状の歯車16は、
支持バー18,19によつて支持されているた
め、回転できず、支持部材1−11体が、Y−
Y′軸のまわりに回転する。
また、第2の支持部材1−12に設けられたモ
ータ23を回転させると、モータ23の動力は、
第1の支持部材の場合と同様にして、平歯車20
を回転させ、更に半円状の歯車17をX−X′軸
まわりに回転させるように働き、第1の支持部材
1−12全体がX−X′軸まわりに回転する。
このようにして、第1の支持部材1−11は、
X−X′軸とY−Y′軸の交点Qを中心にして、自
由に運動することができる。
一方、支持部材1−11の回転角を検知するに
は、支持バー6に固定してあるポテンシヨメータ
28により検知することができる。同様にして、
Y−Y′軸のまわりの回転角は、支持バー19に
設けられた図示しないポテンシヨンメータにより
検知する。
さらに最大回動角度は半円状歯車16の内側に
設けた扇状の検知板29とその位置を検知する支
持バー18に設けられた検知部30とで構成され
ているリミツトスイツチで行なうことができる。
図示しないが同様にX−X′軸でも検知できる
よになつている。
したがつて、各関節部1−12,…,1−2n
の曲げ角度の組合せにより点検作業部例えばTV
カメラ3を空間の指定する位置に移動させること
ができ、物体の裏側にもまわり込むことが可能で
ある。
このような多関節アーム1の先端部すなわち
TVカメラ3の空間の位置Qは極座標位置Qx
Qy,Qzで次のように表わすことができる。すな
わち、 Qz=fx(Φh1,Φv1,Φh2,Φv2…,Φhn,Φvn
,l1,l2,…,ln,ln+1) Qy=(Φh1,Φv1,Φh2,Φv2,…,Φhn,l1
l2,…,ln,ln+1) Qz=fz(Φh1,Φv1,Φh2,Φv2,…,Φhn,l1
,l2,…,ln,ln+1) 但し、Pxは空間を極座標で表示したときのTV
カメラのx座標位置、Pyは同様にy座標の位置、
Pzは同様にz座標の位置であり、Φh1,Φh2,…,
Φhnは関節部1−21,1−22,…,1−2
n,1−2n+1における支持部材1−11,1
−12,…,1−1n,1n+1の水平方向の相
対的な回動角度、Φv1,Φv2,…,Φvは同様に関
節部と支持部材との鉛直方向の相対的な角度であ
り、l1、l2、…,ln、ln+1は各々支持部材1−
11,1−12,…,1−1n,1−1n+1の
長さである。
同様に各関節部の位置も、関節部1−22の位
置をQ2,1−23の位置をQ3,…1−2nの位
置をQnとすると Q2=f2(Φ1,l11,l12) Q3=f3(Φ1,Φ2,l11,l12,l13) 〓 Qn=fn(Φ1,Φ2,…,Φn−1,l11,l12,…l1o) として表わすことができる。例えば、関節部1
−23の位置は次式のように表わすことができ
る。
Px3=fx3(Φh1,Φv1,Φh2,Φ
v2,l1,l2,l3) Py3=fy3(Φh1,Φv1,Φh2,Φ
v2,l1,l2,l3) Pz3=fz3(Φh1,Φv1,Φh2,Φ
v2,l1,l2,l3) 但しPx3、Py3、Pz3はTVカメラ3の極座標位置
である。
このような各関節部およびTVカメラなどの先
端部の空間位置の算出には通常コンピユータが使
用される。このコンピユータを用いた制御装置3
1は、第3図に示すように、中央演算制御回路
(CPU)32、記憶回路(メモリ)33およびイ
ンターフエイス回路34,35とで主に構成され
ている。インターフエイス回路34には多関節ア
ーム1に設置されているモータM1,M2,…,
Mo-1,Mnが接続されて、インターフエイス回路
35にはポテンシヨメータP1,P2,…,Po-1
PnおよびリミツトスイツチL1,L2,…Lo-1,Ln
に接続されている。このポテンシヨメータの信号
とリミツトスイツチの信号はインターフエイス3
5を介して各支持部材の回動角度Φh1,Φv1,…
Φhn,ΦvnとしてCPU32に入力され、メモリ3
3に記憶されている各支持部材の長さl1,l2,…,
ln+1と共にTVカメラ3の位置Qx、Qy,Qzを算
出する。この時、支持部材の長さl1,l2,…,ln
を等寸のlとすれば、メモリ33に記憶する変数
が少なくなり、CPU32による演算が簡略化さ
れる。同様に他の関節部1−21,1−22,
…,1−2nの位置についても演算する。そこで
CPU32に所定の位置に移動させる信号を指領
回路36から入力すると、CPU32はメモリ3
3に入力されているTVカメラ3の現在位置をも
とに、各関節部における支持部材の回動角度を前
述した式に基いて算出し、CPU32から支持部
材を所要角度だけ回動させるに必要なモータM1
M2,…,Mnの駆動信号を得て、インターフエイ
ス34を介してモータに出力する。このようにし
て、制御装置31によりTVカメラ3の位置を自
由に決定することができる。尚、リミツトスイツ
チL1,L2,…,Lnは支持部材1−11,1−1
2,…,1−1nの相対角度が限界値に達したこ
とを検出するとその検出信号はインターフエイス
35を介してCPU32に入力され、モータの回
転が停止される。
〔発明の他の実施例〕
第4図には、多関節アームを適用した点検装置
の他の実施例が示されている。支持フランジ2は
レール37を移動可能の支持車38に設置されて
いる。レール37自体は1対のレール39を移動
可能の1対の支持車40に跨設されている。支持
部材及び関節部等からなる多関節アーム装置全体
は、支持車38,40の移動により所要位置に移
動することができる。従つて、TVカメラ3は、
各関節部における回動に加えて、支持車38,4
0の移動によつても移動することができるから、
広範囲の空間を移動することができる。
第5図には同様に点検装置の他の実施例が示さ
れている。支持台41上にシリンダ42がそのシ
リンダ軸43の移動方向を水平にして設置されて
いる。シリンダ軸43の先端には支持フランジ2
が支持部材の長手方向を水平にして設置されてい
る。従つて、支持部材及び関節部等からなる多関
節アーム装置全体1は、シリンダ42のシリンダ
軸43の進出退入移動により前後に移動すること
ができる。この実施例は狭い入口から多関節アー
ム型関節装置を挿入させる動作を行わせるのに有
利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す全体図、第2図
は本発明の要部を示す斜視図、第3図は回路構成
図、第4図および第5図は本発明の変形例を示す
全体図である。 1……多関節アーム、1−11,1−12,
…,1−1n,1−1n+1……支持部材、1−
21,1−22,…,1−2n……関節部、2…
…支持フランジ、3……点検作業用部材(TVカ
メラ)、9,23……動力源(モータ)、16,1
7……半円状のガイド部材(半円状の歯車)、2
8……角度検出器(ポテンシヨメータ)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一端に回動要素を持つ第1の支持部材と、こ
    の第1の支持部材の回動要素に回動自在に設けた
    半円状の第1のガイド部材と、この第1のガイド
    部材の回動軸に交差して一体に設けた第2の半円
    状の第2のガイド部材と、この第2のガイド部材
    を回動自在とする回動要素を持つ第2の支持部材
    と、この第2の支持部材に固設されかつ前記第1
    のガイド部材を半円周方向に回動駆動する第1の
    動力源と前記第1の支持部材に固設され、かつ前
    記第2のガイド部材をその半円周方向に回動駆動
    する第2の動力源と、第1の支持部材と第1のガ
    イド部材との回動角度を検知する第1の角度検出
    器と、第2の支持部材と第2のガイド部材との間
    の回動角度を検知する第2の角度検出器とからな
    る関節装置を複数個有し、各関節装置の支持部材
    を連接したことを特徴とする多関節アーム。 2 各関節装置を連接する支持部材の長さを同一
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の多関節アーム。 3 ガイド部を、このガイド部の半円に沿つてワ
    イヤを張設して構成し、このワイヤをワイヤドラ
    ムおよびウオームギヤ機構を介して動力を伝達し
    て、このガイド部を回動するように、構成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多関
    節アーム。 4 ガイド部を半円状の回動歯車とし、この歯車
    を動力源に連設した駆動歯車に結合してこのガイ
    ド部の半周方向の回動駆動を行なうよう構成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多
    関節アーム。
JP18907582A 1982-10-29 1982-10-29 多関節ア−ム Granted JPS5981086A (ja)

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JPS5981086A JPS5981086A (ja) 1984-05-10
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JPS61293792A (ja) * 1985-06-19 1986-12-24 富士電機株式会社 多関節型マニピユレ−タ
JPS6352988A (ja) * 1986-08-20 1988-03-07 富士電機株式会社 マニユピユレ−タのリンク駆動機構
GB0020461D0 (en) * 2000-08-18 2000-10-11 Oliver Crispin Consulting Ltd Improvements in and relating to the robotic positioning of a work tool to a sensor
JP2009113195A (ja) * 2007-10-19 2009-05-28 Tokyo Univ Of Science 関節装置

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