JPH03505014A - ロボット継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ロボット継手 同時継続中の出願の参照 ここに、１９８７年２月２０日に出願され、本発明と同一の譲受人に譲渡された エム・イー・ロシャイム（Ｍ、　　Ｅ。

Ｒｏｓｈｅｉｍ）による出願番号０７１０１６．９４３号の名称［手首脚アクチ ュエータ（Ｗｒｉｓｔ、　Ｔｅｎｄｏｎ　Ａｃｔｕａｔｏｒ）Ｊなる同時継続中 の出願を参照する。この同時継続中の出願は、ここに開示されたのと類似の目的 に対して用いられる主題を開示しているが、ここに特に開示さね、かつ請求され た主題は請求していない。

発明の背景 本発明は、機械的マニピュレータとして用いられる制御された機械的運動部材に 関し、より詳細には、人間の手の能力の幾つかを有する制御された擬人的な機械 的運動マニピュレータに関する。

産業の自動化を増進する必要、および娯楽的場面で動物、人間および他のキャラ クタ−を模し、て本物のような動きをする姿を用いる要求の増大は、ロボット工 学の発達を促進した。

その結果、ロボット工学の多くの面で相当の進歩がなされた。

多分、ロボットシステムの中で最も広く用いられている制御された要素は機械的 マニピュレータ、すなわち選択された物体の位置または向きを変えるために用い られるロボットの部品であろう。多くの場合、そのような機械的マニピュレータ は人間の手首、手のひら、指関節、並びに手指および親指の指関節およびそれら の間の部分に似た性能を有することが望まれる。本物のように動く構造体におい ては多くの場合、機械的マニピュレータの形状もまた人間の手の形に似ていなけ ればならない。

人間の手首は、指および親指を手のひらに結合している指および親指の第１指関 節が手のひらに対して自由度２の運動をするように、前腕に対して自由度２の運 動をする。指および親指の他の指関節は、それに先行する指または親指の部分に 対して本質的に自由度１の運動をする。

従って、人間の手の能力のいくつかを示す機械的マニピュレータは、自由度１の 運動が可能な継手を含むとともに、自由度２の運動が可能な継手を含まなければ ならない。そのような継手は運動の各自由度において独立して制御されなければ ならず、かつその制御は適当な精度で行われなければならない。

加えて、人間の手に似た外観を呈するように機械的マニピュレ−タにカバーが付 けられる場合には、継手および制御部の構造は、それらが所望の外観となるよう にカバーされるのを許容するように、幾何学的に配置されていなければならない 。そのような継手は、過度の摩耗による性能低下なしに、多数回の反復使用が可 能でなければならない。

発明の概要 本発明は、支持部材上のボール状装置を含む制御された相対的運動システムを提 供する。ボール装置（ｂａｌｌ　ａｒｒａｎｇｅ−ｍｅｎｔ）は捕捉装置（ｃａ ｐｔｕｒｅ　ｄｅｖｉｃｅ）すなわちソケット装置中に位置され、その中でボー ルは、捕捉装置がボール装置に関して種々の方向に回転できるように自由に運動 する。第１および第２の結合手段を含む複数の結合手段が、第１および第２の力 付与装置を含む複数の力付与装置を捕捉装置内の固定位置に結合する。第２の力 付与装置は、捕捉装置のボール装置に関する選択された回転の間、第１の力付与 装置に接近し、あるいはそこから離れることができる。

捕捉装置はその赤道を通るほぼ半球形の凹所を有するソケットで構成され、ボー ル装置には円周スロットが形成され、その中には第１のコネクタとして捕捉装置 にも結合された可動部材が配置されている。第１のコネクタは歯車セクタ手段と することができ、歯車セクタ手段は、それに噛合って第１の力付与装置として作 用する駆動歯車手段またはラック手段を有していてもよい。第１の力付与手段は 、可動部材に直接結合することもできる。

平行四辺形リンク装置または結合ロッドを、可動部材がそれにそって位置付けら れている軸に垂直な軸方向に用いて、捕捉装置のこの垂直軸方向の運動を制御す ることができる。

ざらに別のそのような継手を同一の支持部材上にマウントして用いることができ 、または一つを他の捕捉装置上にマウントしてもよい。

さらに、自由度１の継手を、前述の継手のうちの一つの捕捉装置上にマウントし て用いることができる。この継手は従動ねじ（ｄｒｊｖｅｎ　５ｅｒｅν）を用 いて作動させ、その回転部材をベース部材に対し、て動かすことができる。この 回転部材上にさらに別の従属継手をマウントしてもよい。

力付与手段はりニヤアクチュエータを含んでもよい。そのモーターは直接前腕上 に、継手ベース上に、または先行する継手べ〜ス上にその先行継手中の自在継手 を用いてマウントすることができる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の機械的マニピュレータの実施例の概要図、第２図は第１図に示 された発明の一部分の断面図、第３図はその一部分を別の姿勢にして示した第１ 図に示された発明の一部分の断面図、 第４図は一部分をさらに別の姿勢にしたときの、第１図に示された発明の一部分 の断面図、 第５図は第３図とは別の姿勢にしたときの、第１図に示された発明の一部分を、 第３図より少ない断面で示す部分図、第６図は第１図に示された発明の一部分に 対する一対の相異なる姿勢を示す斜視図、 第７図は第１図に示された発明に対する付加装置の断面図、第８図は第１図に示 された発明の一部分の別の実施例の断面図、 第９図は第８図に示された発明の一部分の分解組立て図、第１−０図は第８図に 示された発明の一部分の断面図、第１１図は第１図に示された本発明の機械的マ ニピュレータの別の実施例の概要図、 第１２図は本発明の機械的マニピュレータの別の実施例を示す正面図、 第１３図は第１２図に示された発明の一部分の断面図、第１４図は本発明の機械 的マニピュレータの別の実施例を示す正面図、 第１５図は第１４図に示された発明の側面図、第１６図は第１４図に示された発 明の一部分の断面図、第１７図は第１４．１５および１６図に示された発明の一 部分の分解組立て図、 第１８図はその一部分を別の姿勢にしたときの、第１４図に示された発明の一部 分の断面図、 第１９図はその一部分をさらに別の姿勢にしたときの第１４図に示された発明の 一部分の断面図、第２０図は第１４図に示された発明の一部分に対する一対の相 異なる姿勢を示す斜視図、 第２１図は第１４図に示された発明の別の実施例を示す断面図、そして 第２２図は第１４図に示された発明のさらに別の実施例を示す断面図である。

好適実施例の詳細な説明 第１図は、人間の前腕、手首、手のひら、２本の指および親指の部分に似た機械 的マニピユレーションシステム１０の一部分を示している。手首形継手１２のベ ースの役割を果たす前腕部分１１は、自由度２の運動が可能である。ベース１１ に対して可動な、継手１２の反対上側は、人間の手の手のひら部分の役割を果た す別のベース手段１３に結合されている。

ベース１３上には、２つの指形継手列（ｆ　ｉｎｇｅｒ−１１ｋｅｓｅｒｉｅｓ 　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ）および親指形継平列（ｔｈｕｍｂ−１ｉｋｅ　５ｅｒｉ ｅｓｏｆ　ｊｏｌｎｔｓ）の第１、または最初の指関節形継手１５のベースとし て作用するベース延長部１４がマウントされている。

各指関節形継手１５も自由度２の運動を行う。継手１５の反対側はそれぞれ、２ つの指形継手列および親指形継平列中の第２の指関節として作用する他の運動自 由度１の継手１６のベース部材として作用する。

運動の自由度２を有する継手１２は、継手を２本の直交軸の各々に関して駆動す るために必要な力を供給するのに２個の駆動モーターを必要とするだけである。

しかし、第１図には３個の駆動モーター１７が図示されており、その各々はアク チュエータシャフトと反対の端部がピボットピン・ピボットベース１８によって ベース部分１１の裏面に結合されている。

第１図の右側に示されている継手１２の２個のモーター１７は、それによって継 手１２の上部に力を加えることにより、継手１２の上部を下部に対して直交方向 に運動させるために用いられる。これらのモーター１７は、そのシャフトの延長 部を継手１２の上部の適当な部分に結合されたねじを切ったスリーブ１９にねじ 込み噛合わせることによって、すなわちねじを切ったモーターシャフトとそれに 被さるスリーブが結合してねじ回しくｓｃｒｅｗ　ｄｒｉｖｅ）を形成すること によって力を作用させる。このようにして、各々ねじを切ったシャフトをねじを 切ったスリーブ１９に噛合わさせた、継手１２の下方にある２個の右側モーター １７は、一体となってモーターシャフト軸に平行な力を発生するりニヤアクチュ エータを構成する。

第１図に示されている継手１２下方の一番右側のモーター１７は、それに附随し て、回転玉継手２０′を介して平行四辺形リンク装置２０に結合されているねじ を切ったスリーブ１９を有する。平行四辺形リンク装置２０も、回転玉継手２２ ′で継手１２の上部２２に結合されている。継手１２下方の中央モーター１７は 、それに附随して駆動歯車セクタ２１に結合されたねじを切ったスリーブ１９を 有し、駆動歯車セクタ２１は従動歯車セクタ２１′　と噛合う。従動歯車セクタ ２１′　もまた継手１２の上部２２に結合されており、ボール装置２３の円周ス ロット中に可動的に位置付けられている。

第１図に示されている継手１２下方の一番左のモーター１７のシャフトは、継手 １２の下側部分として作用するベース１１の一部にマウントされたボール装置２ ３中に伸びている。このシャフトはボール装置２３内部の自在継手に達しており 、その継手にはさらに別のシャフト２４が結合されている。シャフト２４は、ボ ールベアリング装置２５によってベース１３が結合されている継手１２の、上部 品口りにベースが回転するのを許容するようにベース１３に結合されている。

２つの指形継手列および親指形継手列をマウントした回転ベース１３のそのよう な能力は、人間の手に許された能力とは異なっている。この配置は継手１２に関 して自由度３を与える。この付加された自由度はある状況で有用であるので、仮 りにそれを省略しても継手１２は運動の自由度２の継手として作動できるのでは あるが、第１図に含ませである。

２つの指形継手列および親指形継手列も、各々それに附随する３個のりニヤアク チュエータを有するように、第１図に示されている。さらに、複数のモーター２ ６をを１−１各モーターは今回はベース１３上にマウントされたピボットビン・ ピボットサポート２７上にマウントされている。１つの指形継手列または親指形 継手列に附随する右側の２個のモーター２６の各々は、それに附随するねじを切 ったスリーブ２８中に挿入されたねじを切ったシャツ！・を有［２、このシャフ トはそれが一部分を構成するりニヤアクチュエータのねじまわしとなる。各継手 列に附随する右側の２つのりニヤアクチュエータのうち最も右側のものは、同様 に、回転玉継手２９′によって平行四辺形リンク装置２９に結合されている。平 行四辺形リンク装置２９の上部接合部は、それぞれ回転玉継手３０′で指関節継 手１５の上部部材３０に結合されている。

継手１５に対するこれら上部回転部材３０もまた、継手１６に対してはベースと して作用する。

各継手１５に対する右側の２つのモーターの第２のもの、すなわち真中のモータ ー、およびそのねじを切ったスリーブ２８はリニャアクチニエータを構成し、従 動歯車セクタ３１′と噛合っている駆動歯車セクタ３１を作動させる。従動歯車 セクタ３１′　は各々継手１５の上部部材部分３０に結合されており、ボール装 置３２中の円周スロット中に可動的に位置付けられている。

さらに、指形継手列または親指形継手列に附随する各グループのモーターの一番 左のモーター２６は、ボール装置３２中に伸びてその中の自在継手（第１図に図 示せず）に結合する駆動シャフトを有する。さらに、また、そのような各自在継 手に結合された別のシャフト（第１図に図示せず）が有り、その上方の対応する 部材、ここでは継手１５の上部３０の中に伸びている。これらのシャフトはそれ ぞれ、ねじを切ったスリーブ装置中に伸びて、継手１６の上部または回転部材３ ３を動かすねじ回しとなる。

この配置は、第１図の右側指形継手列の断面図である第２図に良く示されている 。第１図および第２図の各図に示されている同一の要素に対しては同一の符号が 使用されている。

第２図の断面図中にはベース１３の上部のみが示されている。

ベース延長部１４は１．第２図中にベース１３の上部にボルト止めされて示され ている。

親指形継手列に最も近い指形継手列の中央および最も左側のモーター２６が第２ 図に示されている。第２図中に符号２６′で示されている中央モーター２６のね じを切ったシャフトは、ねじを切ったスリーブ２８にぴったり合った想像線で示 されている。このねじを切ったスリーブはピボットビン３４によって駆動歯車セ クタ３１に結合され、駆動歯車セクタ３１はピボットビン３５によってベース延 長部１４上にマウントされＣいるのが見てとれる。駆動歯車セクタ３１は、溶接 されたビン３６によって部材３０に結合されている従動歯車セクタ３１′に噛合 って示されている。

ボール装置３２は第２図にその断面が示されており、その中空内部に上述のよう に自在継手３７が設置されているのがみてとれる。継手３７の下部ヨークは、親 指形継手列に隣接する指形継手列に対する第１図の最も左側のモーター２６中に 設けられている延長シャフト２６′に結合されている。継手３７のこの下部ヨー クは、クロスピースによって継手３７の上部ヨークに結合されている。継手３７ のこの上部ヨークは、上述のように、ねじを切ったスリーブ３９中に伸びている ねじを切ったシャフト３８に結合されており、継手１６の上部または回転部分３ ３をうごかす。回転部分３３は、ピボットビン４０によって継手１６の下部３０ （継手１５の上部）に結合されている。さらに別のピボットビン４１は、回転部 分３３をねじを切ったスリーブ３９に結合している。

したがって、シャフト２６′が回転すると継手３７を介してシャフト３８が回転 し、その結果ねじを切ったスリーブ３９がシャフト３８の軸に平行に前進または 後退して、回転部分３３をピボットビン４０の回りに動かす。一方、シャフト２ ６′が回転すると、そのスリーブ２８がシャフト２６′の軸に平行に前進または 後退して、駆動歯車セクタ３１をピボットビン３５の回りに回転させる。この回 転により、従動歯車セクタ３１′および部材３０がボール装置３２の回りに回転 する。

シャフト２６′　および２６′の回転によって取り得る部材３０および３３の２ つの位置が、第１図の位置に関連して第３および４図に示されている。第２図は 、回転の一方の限界に位置する部材３０および部材３３を図示している。部材３ ０は、第２図の平面に垂直な継手１５の軸の回りに、その反時計回り限界まで回 転している。第２図には、継手１６も同じ反時計回り方向に限界まで回転してい る状態が示されている。

第４図は、それとは逆に（ｉ）継手１５が同じ軸の回りにその時計回り限界まで 回転し、かつ（ｉｆ）継手１６もその反対に、ピボットビン４０の回りに時計回 り限界まで回転したときの、部材３０および３３の位置を示す。

第３図は、（ａ）部材３０が継手１５の同じ軸の回りに中間位置まで回転し、か つ（ｂ）継手１６がピボットビン４０の回りに中間位置まで回転した状態での部 材３０および３３の配置を示す。

ベース延長部１４中にマウントされ、平行四辺形リンク装置２９のバーの一本が 結合されているピボットビン４２が第２．３および４図に示されている。このリ ンク装置は、平行四辺形リンク装置２９のより完全な側面図が示されている第５ 図により詳細に図示されてい、る。第５図中における部材３０および３３の位置 は第３図に示されているものに類似している。加えて、第５図には、第１図の親 指形継手列に隣接する指形継手列に対する右側のモーター２６およびそのねじを 切ったスリーブ２８も示されている。このモーターのねじを切ったシャフトは２ ６″で指示されている。

第５図に明瞭に示されている平行四辺形リンク装置２９の一方のサイド（辺）は 、ピボットビン４２の回りにピボット（回動）し、別の回転玉継手４３に伸び、 そこでリンク装置２９の垂直サイドバーと結合するバーを有する。延長部１４の 反対側にも同様の装置が設けられている。平行四辺形リンク装置２９の垂直サイ ドバーは、回転玉継手４３と回転玉継手３０′の間を結ぶ。回転玉継手２９′　 は、そこから回転玉継手４３に伸びる延長部を有する。

したがって、シャフト２６″を回転させると、そのねじを切ったスリーブ２８が 前進または後退して平行四辺形リンク装置２９の図示されている部分がそれに応 じて上方または下方に動き、そしてボール装置３２上の部材３０が観察者から遠 ざかる方向あるいは観察者に近付く方向のいずれかに回転する。すなわち、シャ フト２６″が回転すると、継手１５の部材３０はボール装置３２上で、第２，３ および４図に示される次々の連続姿勢を生じた軸に垂直な軸の回りに回転する。

この運動に対しては、シャフト２６′の回転により駆動されるセクタ歯車３１の 運動によって生じる連続的な姿勢の関係を、第２〜４図に示したように、個別に 図示してはいない。

シャフト２６″の回転によって平行四辺形リンク装置２９のみを駆動することに よって生じる運動は、部材３ｏおよび３３に対して第１図から容易に理解される 配置を与える横方向の運動である。すなわち、親指形継手列に隣接する指形継手 列は、第５図中のねじを切ったシャフト２６″の後退および前進に対してただ単 に親指形継手列に近付く方向およびそれから遠ざかる方向に動くだけである。

平行四辺形リンク装置２９および駆動歯車セクタ３１を同時に付勢すると部材３ ０は複合的な運動をし、その運動は歯車セクタ３１または平行四辺形リンク装置 ２９のいずれか一方のみを個別に付勢したとき部材３０が運動する方向と平行で はない方向に生じる。これは第６図の表示にみてとることができ、ここで部材３ ０の最初の実線位置は第２図示の位置に類似している。部材３０に対して示され ている破線位置は、回転玉継手２９′の図示部分に加えられた平行四辺形リンク 装置２９の右側にかかる実質的に上向きの、すなわち実際上反時計回りの力と、 ピボットビン３４が位置するはずの部分で駆動歯車セクタ３１にかかる下向きの 、すなわち実際上反時計回りの力とが結合した結果生じるものである。

理解されるように、平行四辺形リンク装置２９および駆動歯車セクタ３１に加え られた今述べた力の結果生じる複合運動において、部材３０の最先端は第６図に おいて左方および下方に運動する。このように、この複合運動は、駆動歯車セク タ３１または平行四辺形リンク装置２９のいずれか一方のみへの力の印加方向に よって定められる主軸（ｐｒｆｍａｒｙ　ａｘｉｓ）に非平行な運動である。第 ６図から分るように、複合運動の間、回転玉継手２９′　は駆動歯車セクタ３１ および従動歯車セクタ３１′の部分にわずかに接近したり、離れたりしなければ ならない。

第７図は、第１〜５図の部材３３にさらにもう一つの回転継手４４を付加したも のである。しかし、この回転継手は、シャフト２６′の回転によって制御されて いた回転継手１６のように独立して制御することはできない。むしろ、継手４４ は、継手１５の上部部材でもあり、第７図では部材３３′　として符号を付は換 えられているベース部材上にマウントされている回転部材４５を含んでいる。部 材４５は、ピボットビン４６によって部材３３′に結合されている。部材３０に 対する部材３３′の角度を変えるための継手１５でのシャフト２６′の回転は、 部材３３′に対する回転延長部４５の角度関係をも継手１５で変化させる。これ は、人間の指の最後の関節より先の最後の部分に起こる運動に類似している。そ の部分は、もし人間の指の中間の関節が曲げられれば、その角度位置も変化する 。

部材３０に対する部材３３′の位置の角度変化に伴う回転部材４５の回転は、第 ７図に示されているように、部材３３′内に収容されている歯車装置を介して達 成される。歯車セクタ４７がピボットビン装置４０に付加されており、従ってそ れは第７図で４０′と符号をつけ換えられている。歯車セクタ４７は部材３０に 対して固定されている。一対の歯車４８および４９は互いに噛合い、また、歯車 ４８は歯車セクタ４７にも噛合っている。歯車４９は、歯が形成されている回転 部材４５の一部にも噛合っている。

このようにして、モーターシャフト２６′が回転すると、第２図に示されている ように、自在継手３７を介してシャフト３８が回転し、第７図に示されているよ うに、ピボットビン４０′の回りに部材３３′が回転する。歯車セクタ４７は位 置が固定されているので、部材３３′が回転すると、歯車４８はセクタ４７の表 面を移動しながら回転する。その結果、歯車４９はその反対方向に回転し、回転 延長部４５も、さらに歯車４９の回転方向と逆方向に回転する。歯車比の選択に より、部材３０に対する部材３３′の所定の回転に対して部材３３′に対する回 転延長部４５の運動量が決定される。

第８図には、第２図に示されている自在継手の代わりに別のタイプの自在継手を 用いた継手１５の断面の一部分を図示する。従って、第８図に示されている自在 継手は３７′　に符号を付は換えられている。

この自在継手の分解組立て図が第９図に示されている。この継手を作動させるモ ーター２６からのシャフト２６′は球形部材５０に固定されている。球形部材５ ０は、球５０の直径の延長上に位置する一対のピンをその両側に有するか、ある いは、ここで採用されているように、直径に沿って球５０を貫通して伸びるシャ フト５１を有する。シャフト５１は面取りをした端部を有する。球５０は一部切 除した球殻５２中にぴったり嵌まり、シャフト５１が球殻５２に設けられた穴５ ３に嵌められている。

球殻５２は、その直径の延長上に位置し、同様に面取りした端部を有する一対の ピン５４を有する。ピン５４は別の一部切除した球殻５６に設けられた他の一対 の穴５５に嵌まる。

球殻５２は球殻５６中に嵌まる。球殻５６はさらに別の開口５７を有し、そこに 設けられたスプラインは継手１６の動作を制御するための変形したねじを切った シャフトの先端のスプラインと噛合っている。このシャフトは、スプラインの付 加を反映して、ここでは３８′と符号を付は換えられている。

球殻５６がボール装置３２の中空内部内に嵌まっているのが、第８および１０図 からみてとれる。球殻５６は、かなりの程度までボール装置３２の内部空洞に嵌 まっているので、自在継手３７′はボール装置３２の空洞の中心に適切に配置さ れ続け、その壁によって支持される。これは、もしも自在継手が空洞内でその位 置を自由に変え得るとした場合、作動中に起こりうるボール装置３２の内側との 衝突を防止する。

さらに、自在継手３７′の一部切除球殻５２および５６は、多くの継目および鋭 い角のある部材の使用を回避しているので、第２図に示されている自在継手３７ に用いられているヨークに付加的強度を付与する。

第８図には平行四辺形リンク装置垂直アーム長調整機構５８も図示されている。

長さ調整機構５８は、延長部５９を有するリンク装置垂直アームの上側部分を含 む。この延長部５９はリンク装置垂直アームの下側部分の内部開口内に入り込み 、そこに収容されているバネ６０と係合する。第６図に図示されているような複 合運動は、平行四辺形リンク装置２９の一方の垂直アームの長さをわずかに調整 する必要性を生じさせる。

ベース１３上にマウントされた２組の指形継手列および親指形継平列を制御する ためのモーター２６の取付けは、そのモーターの有する大きさのために時々不便 なことがある。

第１１図は、継手１２を制御するために用いられるモーター１７がマウントされ ているのと同一のベース上に、モーター２６をマウントするための代替的な配置 を示す。第１１図中で代替配置されたこれらのモーターは２６′　と符号を付は 換えられており、さらに、第１図のベース１１は第１１図中で１１′に符号を付 は換えられ、モーター２６′に対するピボットマウントは２７′に符号を付は換 えられている。モーター２６′は、ケーブルカバー装置６１の内部に、モーター ２６′のシャフトからねじを切ったスリーブ２８およびボール装置３２中の自在 継手３７または３７′に伸びるケーブルを有する。モーター２６′のシャフトが 回転するとケーブルが回転し、さらにねじを切ったスリーブ２８中に設けられた ねじを切ったシャフトが回転し、あるいは自在継手３７または３７′が適当に回 転する。

第１２図は、ベース上にマウントされた２つの指形継手列および親指形継手列が 継手１２にずっと接近するようにベースを相当に短くした第１図のベース１３の 変形例を示す側面図である。従って、第１２図中のベースは１３′に符号を付は 換えられている。

加えて、ベース１３′は、第１図のようにピボットマウント１８を用いずにモー ター２６を支持するためのブラケットを、その上にマウントできるような形状に されている。このことにより、モーターがマウントされているブラケットを交換 し、ベース１３′上の同じ位置にマウントできる新しいモーターに適した新しい ブラケットを用意するだけで、この機械的マニピユレータの異なる用途に対して モーターのタイプを変えることができる。

第１図における固定ピボットマウントＩＳの使用は、ベース１３′上にマウント された指形および親指形継手列を作動させるのに使用できる可能な代替モーター を制限する。第１２図において、はぼ垂直に図示されている指形継手列の平行四 辺形リンク装置２９を作動させるだめのモーター２６は、そのねじを切ったスリ ーブ２８を介して、これまでの図で図示されていた結合場所からリンク装置２９ の反対側に結合するように位置を変えていることに注意されたい。

ピボットビン４２に比較してわずかに異なったピボットビン装置が、第１２図に 示された配置では用いられている。この代替タイプのピボットビン４２は、平行 四辺形リンク装置２９を回転可能に保持するように、ベース１４中に伸びて図示 されている。この代替タイプのさらに別のビン６２は、他の平行四辺形リンク装 置２０を回転可能に保持するように、ベース１１中に伸びて図示されている。

第１３図は第１２図の一部の断面図を示し、この断面はピボットビン６２および ４２′の詳細を示している。継手１２は、第１２および１３図に示されているよ うに、ベース１３′がベース１１に対して回転するのを可能にするシャフトをも はや含まないように代替的に図示されている。従動歯車セクタ２１′　は一対の 溶接されたビン６３によってベース１３′に結合されている。

さらに別の変形例が第１４図に示されている。第１４図には、第１図の機械的マ ニピュレータに対する視点と同一の視点から機械的マニピュレータが図示されて いる。この変形例は、第１２図に示された配置にいくつかの変形を加えたものと して最もよく理解することができる。これらの変形においては、継手１６を作動 させていたモーター２６の一つがベース１３′から除かれて、第２図中では部材 ３０として示されたが、今は第１４図中で３０′に符号を付は換えられている部 材中に組込まれている。その結果、第１２図のモーター支持ブラケッ！−２７’ 　はただ２個のモーターを支持するように変形され、第１４図中では２７′に符 号を付は換えられている。

さらにいっそうの変形が継手１５に関してなされ、平行四辺形リンク装置が除去 されている。平行四辺形リンク装置２０を作動させたりニヤアクチュエータは、 この例では、継手１５の上部部材すなわち部材３０′を直接作動させる。第１４ 図に示されている機械的マニピュレータを右側から見た側面図が第１５図に示さ れている。親指形継手列は、第１４および１５図のそれぞれ右側に位置している 。

第１４図中の親指形継手列に隣接する指形継手列の断面図が第１６図に示されて いる。ベース１３′　は、平行四辺形リンク装置のためのピボットビンを省略し た新しいベース延長部を有するように示されている。このベース延長部は、第１ ４．１５および１６図では１４′に符号を付は換えられている。ベース延長部１ ４′　も同様に、その中にピボットピン３５を有し、このビンによって駆動歯車 セクタ３１は延長部１４′に結合されている。

駆動歯車セクタ３１は、さらにピボットピン３４によってねじを切ったスリーブ ２８に結合されており、スリーブ２８はモーター２６のねじを切ったシャ“７） −２６’の回転によってその位置を後退または前進させられる。従動歯車セクタ ３１′　は、同様に、ボール装置のスロット中に可動に位置付けられている。し かし、ここでのボール装置は自在継手を包含しておらず、従って第２および１０ 図に示されているボール装置とは相違している。この理由で、このボール装置は 第１４．１５および１６図中では３２′に符号を付は換えられている。

継手１５の性質およびボール装置３２′　と結合された組立体は、第１７図の分 解組立て図によく示されている。ボール継手装置３２′　は、第１７図に示され ているように２つのセクション３２′ａおよび３２′ｂを備えている。ボール装 置３２′を分割する能力（ａｂｉｌｉｔｙ）は球形部材６４の挿入を許容する。

球形部材６４は、２本のビンを代わりに用いることができるのであるが、穴６５ を有し、そこを貫通してシャフト６６が挿入されている。シャフト６６は、部材 ３０′内部の受入れ穴に挿入されるボール装置３２′中の円錐穴６７中を通り、 さらに穴を貫通して伸び、部材３０″をボール装置３２′に対して保持する助け となる。

保持リング６８は部材３０′の周りに配置され、従動歯車セクタ３１′をボール 装置３２′中に設けられた円周スロット中に保持する。シャフト６６の一部は部 材３０″の側面を通過して伸び、第１４および１５図中に示されている回転ボー ル継手６９中で、ねじを切ったシャフト２６″によって駆動されるねじを切った スリーブ２８と噛合うように、そこに設けられた貫通穴を通って十分に突出する 。

部材３０′は、その中にさらにモーター７０を収容するように、第１６図に示さ れている。モーター７０は、そのシャフトに結合された駆動歯車７１を有する。

この歯車は、ねじを切ったスリーブ３９と噛合うねじを切ったシャフト７２に結 合された従動歯車７１′を駆動する。シャフト７２およびねじを切ったスリーブ ３９は同様にねじ回しを形成し、モーター７０と一緒になってリニヤアクチュエ ータとして働き、このリニヤアクチュエータが部材３０′中にマウントされたピ ン７３の回りに回転できることを除いて、第７図に関連して述べたのと同じ方法 で、継手１６を作動させる。

第１６図は、各上部部分がその運動範囲の反時計回り極限位置にある指形継手列 １５．１６および４４を示し、第１９図は各々の運動範囲の反対の極限を示す。

第１８図はこれらの指形継手列の中間角度位置を示す。これらの一連の図を見て わかるように、延長部４５は部材３３′に対して、モーター７０によって指向さ れるのにつれて、継手１６の部材３３′が部材３０′に対してなす角度に直接依 存する角度位置をとる。

第２０図は、ベース延長部１４′　に対する部材３０′の複合運動によって、こ の機械的マニピュレータが第１６図に示されている初期位置に対してとる相対位 置を示す。この運動は、駆動歯車セクタ３１を下向きの力で反時計回りに回転さ せる一方、同時にシャフト６６を上方すなわち実際上時計回りに付勢する結果と して発生するものである。部材３０′がたどる経路は、単独で動かされた駆動歯 車セクタ３１あるいはシャフト６０の一方だけで定められる運動軸に非平行であ る。

図示されているように、シャフト６６と部材３０′の接合部は駆動歯車セクタ３ １および従動歯車セクタ３１′の前部に向かって多少移動するとともに、これら ２つの歯車セクタの後部から多少後退する。

第２１および２２図は、第１６図と同じ位置関係にあるが、保持リング６８によ って部材３０″に結合され、ボール装置３２′の円周スロット中に可動的に配置 された部材による部材３０′の運動のための２つの代替的な駆動手段を使用した 場合の、第１６図の機械的マニピュレータを示す。

第２１図では、ボール装置３２′のスロット中で可動の部材は従動歯車セクタ３ １′のままであるが、このセクタを駆動する手段は駆動歯車セクタ３１ではなく ラック６９になっている。ラック６９は回転スリーブ７０によって従動歯車セク タ３１′との噛合いを保たれている。

−第２２図の配置では、従動歯車セクタ３１′が、その形状は類似しているが歯 のない部材７１で置換えられている。すなわち、部材７１は保持リング６８によ って部材３０′に回転可能に固定されたスライダ一部材のままではあるが、ピボ ット７２によってシャフト７３に結合されており、次いでシャフト７３は、部材 ７１に直接作用するりニヤアクチュエータの一部として、ねじを切ったスリーブ ２８に結合されている。部材３０′をその軸中で作動させるために他の代替手段 を用いることもできる。

本発明を好適実施例を参照して説明したが、この技術に熟練した者は、本発明の 精神および範囲を逸脱することなくその態様および細部に変更を加えることがで きることを理解するであろう。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．他のベース部材に結合された被制御運動部材が、該ベース部材に対して選択 的に運動するのを許容する制御された相対的運動システムであって、該システム は、第１の継手手段であって、 第１の継手支持手段と、 該第１の継手支持手段に固着された略球形の第１の継手のポール手段と、 第１の継手の赤道面捕捉手段であって、該第１の継手の赤道面捕捉手段が上記第 １の継手のポール手段の回りに複数方向に回転できるように、該第１の継手のポ ール手段が位置する回転位置を有する第１の継手の赤道面捕捉手段 とを含む第１の継手手段と、 各々上記第１の継手の赤道面捕捉手段に選択的に力が付与されることを許容する 第１の継手の第１の力付与手段および第１の継手の第２の力付与手段を含む、上 記第１の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合された複数の第１の継手の力付与 手段と、 第１の継手の第１の結合手段および第１の継手の第２の結合手段を含み、該第１ の継手の第１の結合手段は上記第１の継手の第１の力付与手段を上記第１の継手 の赤道面捕捉手段に回転可能に結合し、上記第１の継手の第２の結合手段は上記 第１の継手の第２の力付与手段を上記第１の継手の赤道面捕捉手段に回転可能に 結合し、さらに上記第１の継手の第１および第２の結合手段は、上記第１の継手 の赤道面捕捉手段中の該各結合部において、相互に対して固定されており、上記 第１の継手の第１の力付与手段は、上記第１の継手の赤道面捕捉手段の上記第１ の継手のポール手段に関する選択された回転の間、上記第１の継手の第２の力付 与手段に接近および離反が可能であるところの複数の第１の継手の結合手段 とを含むシステム。 ２．上記第１の継手のポール手段は略球形の開口を有する中空ポール手段である 請求項１記載の装置。 ３．上記第１の継手の赤道面捕捉手段は、その中に少なくとも部分的に凹面の表 面で終わり、その赤道を通って略半球形に続く凹所を有する第１の継手ソケット 手段によって構成されており、上記第１の継手のポール手段には円周スロットが あって、その中に円周スライド手段が該スロットに沿って可動的に位置されてお り、該円周スライド手段は、該円周スライド手段が上記第１の継手結合手段を構 成するように、上記第１の継手のポール手段の回りで上記第１の赤道面捕捉手段 に結合されている請求項１記載の装置。 ４．上記システムはさらに、上記第１の継手手段に機械的に結合された第２の継 手手段を含み、該第２の継手手段は、第２の継手支持手段と、 該第２の継手支持手段に固着された略球形の第２の継手のポール手段と、 第２の継手の赤道面捕捉手段であって、該第２の継手の赤道面捕捉手段が該第２ の継手のポール手段の回りに複数方向に回転できるように、該第２の継手のポー ル手段が位置する回転位置を有する第２の継手の赤道面捕捉手段と、 各々上記第２の継手の赤道面捕捉手段に選択的に力が付与されることを許容する 第２の継手の第１の力付与手段および第２の継手の第２の力付与手段を含み、上 記第２の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合された複数の第２の継手の力付与 手段と、 第２の継手の第１の結合手段および第２の継手の第２の結合手段を含み、該第２ の継手の第１の結合手段は上記第２の継手の第１の力付与手段を上記第２の継手 の赤道面捕捉手段に回転可能に結合し、上記第２の継手の第２の結合手段は上記 第２の継手の第２の力付与手段を上記第２の継手の赤道面捕捉手段に回転可能に 結合し、さらに上記第２の継手の第１および第２の結合手段は、上記第２の継手 の赤道面捕捉手段中の該各結合部において、相互に対して固定されており、上記 第２の継手の第１の力付与手段は、上記第２の継手の赤道面捕捉手段の上記第２ の継手のポール手段に関する選択された回転の間、上記第２の継手の第２の力付 与手段に接近および離反が可能であるところの複数の第２の継手の結合手段とを 含む請求項１記載の装置。 ５．上記システムは第２の継手手段をさらに含み・該第２の継手手段は、第２の 継手のベース部材および、該第２の継手のベース部材に対して実質的に単一の軸 の回りに回転できるように、該第２の継手のベース部材に回転可能に結合された 第２の継手の回転部材、ならびに該第２の継手の回転部材に、および力が該第２ の継手の回転部材に選択的に付与されることを許容する第２の継手の第１の力付 与手段に機械的に結合された第２の継手の第１の結合手段を有し、上記第２の継 手のベース部材は上記第１の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合されている請 求項１記載の装置。 ６．上記第１の継手のポール手段の内部開口は、それを通って保持ピンが配置さ れている保持球を含み、該保持ピンは上記第１の継手のポール手段中の第１およ び第２のアクセス開口を通って伸び、上記第１の継手の赤道面捕捉手段に固着さ れている請求項２記載の装置。 ７．上記システムは第２の継手手段をさらに含み、該第２の継手手段は、第２の 継手のベース部材および、該第２の継手のベース部材に対して実質的に単一の軸 の回りに回転できるように、該第２の継手のベース部材に回転可能に結合された 第２の継手の回転部材、ならびに該第２の継手の回転部材に、および力が該第２ の継手の回転部材に選択的に付与されることを許容する第２の継手の第１の力付 与手段に機械的に結合された第２の継手の第１の結合手段を有し、上記第２の継 手のベース部材は上記第１の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合されている請 求項２記載の装置。 ８．上記第１の継手の第２の結合手段は、上記第１の継手の赤道面捕捉手段に固 着されてそこから伸び、上記第１の継手の赤道面捕捉手段に固着された端部と反 対の端部に第１の回転継手を有する制御ピンを含み、該第１の回転継手はまた上 記第１の継手の第２の力付与手段に結合されている請求項３記載の装置。 ９．上記第１の継手の第２の結合手段は、上記第１の継手支持手段に回転可能に 結合された第１の回転アンカー手段および、各々が上記第１の継手の赤道面捕捉 手段および上記第１の継手の回転アンカー手段の間に回転可能に結合された一対 の平行四辺形アームを有する平行四辺形リンク手段を含む請求項３記載の装置。 １０．上記円周スライド手段は歯車の歯を有する請求項３記載の装置。 １１．上記第２の継手支持手段は上記第１の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結 合されている請求項４記載の装置。 １２．上記第１および第２の継手支持手段は相互に機械的に結合されている請求 項４記載の装置。 １３．上記第２の継手の第１の結合手段は、上記第２の継手のベース部材にマウ ントされ、上記第２の継手の第１の力付与手段に回転可能に結合された回転可能 なねじ手段である請求項５記載の装置。 １４．上記システムはさらに第３の継手手段を含み、該第３の継手手段は、上記 第２の継手の回転部材に機械的に結合された第３の継手のベース部材と、該第３ の継手のベース部材に対して実質的に単一の軸の回りに回転できるように、該第 ３の継手のベース部材に回転可能に結合された第３の継手の回転部材とを有し、 さらに上記第２の継手のベース部材に対する上記第２の継手の回転部材の角度運 動が、上記第３の継手のベース部材に対する上記第３の継手の回転部材の毎度運 動をもたらすように、上記第３の継手の回転部材および上記第２の継手のベース 部材の双方に機械的に結合された第３の継手の第１の結合手段を有する請求項５ 記載の装置。 １５．上記第１の継手の第２の結合手段は、上記第１の継手の赤道面捕捉手段か ら外側に伸び、その延長端部に第１の回転継手を有する上記保持ピンの延長部を 含み、上記第１の回転継手はまた上記第１の継手の第２の力付与手段に結合され ている請求項６記載の装置。 １６．上記第２の継手の第１の結合手段は、上記第２の継手のベース部材中にマ ウントされ、上記第２の継手の第１の力付与手段に回転可能に結合されている回 転可能なねじ手段を含む請求項７記載の装置。 １７．上記第１の継手のポール手段はその中に略球形の開口を有する中空ポール 手段である請求項８記載の装置。 １８．上記第１の継手の第２の力付与手段は上記第１の継手の回転アンカー手段 に回転可能に結合されている請求項９記載の装置。 １９．駆動歯車手段は上記円周スライド手段の歯車の歯に噛合っている請求項１ ０記載の装置。 ２０．上記システムは第３の継手手段をさらに含み、第３の継手手段は、第３の 継手のベース部材および、該第３の継手のベース部材に対して実質的に単一の軸 の回りに回転できるように、該第３の継手のベース部材に回転可能に結合された 第３の継手の回転部材、ならびに該第３の継手の回転部材に、および力が該第３ の継手の回転部材に選択的に付与されることを許容する第３の継手の第１の力付 与手段に機械的に結合された第３の継手の第１の結合手段を有し、上記第３の継 手のベース部材は上記第２の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合されている請 求項１１記載の装置。 ２１．上記システムはさらに、 上記第１および第２の継手手段を含む第１の複数の継手手段であって、その各々 が 継手支持手段と、 該継手支持手段に固着された略球形の継手ポール手段と、継手の赤道面捕捉手段 であって、該継手の赤道面捕捉手段がその継手ポール手段の回りに複数方向に回 転できるように、上記の対応する継手ポール手段が位置される回転位置を有する 継手の赤道面捕捉手段と、各々が上記対応する継手の赤道面捕捉手段に選択的に 力を付与することを許容する継手の第１の力付与手段および継手の第２の力付与 手段を含む、上記継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合された複数の継手の力付 与手段と、継手の第１の結合手段および継手の第２の結合手段を含み、該継手の 第１の結合手段は上記継手の第１の力付与手段を上記継手の赤道面捕捉手段に回 転可能に結合し、上記継手の第２の結合手段は上記継手の第２の力付与手段を上 記継手の赤道面捕捉手段に回転可能に結合し、上記継手の第１および第２の結合 手段は、上記継手の赤道面捕捉手段中の該各結合部において、お互いに対して固 定されており、上記継手の第１の力付与手段は、上記継手の赤道面捕捉手段の上 記継手ポール手段に関する選択された回転の間、上記継手の第２の力付与手段に 接近および離反が可能であるところの複数の継手の結合手段とを含む第１の複数 の継手手段と、 上記第１の継手支持手段以外の上記各継手支持手段が上記第１の継手の赤道面捕 捉手段に結合されるように、該第１の複数の継手手段の各々を機械的に一体に結 合する機械的相互結合アレイとを含む請求項１１記載の装置。 ２２．上記第１の継手の第１および第２の力付与手段、ならびに上記第２の継手 の第１および第２の力付与手段はすべて、上記共通の結合手段上に機械的にマウ ントされている請求項１２記載の装置。 ２３．上記第２の継手の第１の力付与手段は、上記第２の継手のベース部材の外 側にマウントされたモーター手段である請求項１３記載の装置。 ２４．上記第３の継手の第１の結合手段は複数の歯車を含む請求項１４記載の装 置。 ２５．上記第２の継手の第１の力付与手段は、上記第２の継手のベース部材の外 側にマウントされたモーター手段である請求項１６記載の装置。 ２６．上記回転可能なねじ手段は上記第２の継手のベース部材および上記第１の 継手の赤道面捕捉手段を通って伸び、さらに上記第１の継手のポール手段の第１ のアクセス開口を通って上記内部開口中に伸びて上記内部開口内に収容されてい る自在継手と結合し、上記第２の継手の第１の結合がさらに構成される請求項１ ６記載の装置。 ２７．上記第１の継手のポール手段中の上記内部開口は、そこを貫通して保持ピ ンが位置付けられている保持球を含み、核保持ピンは、上記第１の継手のポール 手段中の第１および第２のアクセス開口を通って伸びて、上記第１の継手の赤道 面捕捉手段に固着されている請求項１７記載の装置。 ２８．上記システムは第２の継手手段をさらに含み、該第２の継手手段は、第２ の継手のベース部材および、該第２の継手のベース部材に対して実質的に単一の 軸の回りに回転できるように、該第２の継手のベース部材に回転可能に結合され た第２の継手の回転部材を有し、また該第２の継手の回転部材に、および力が該 第２の継手の回転部材に選択的に付与されることを許容する第２の継手の第１の 力付与手段に機械的に結合された第２の継手の第１の結合手段を有し、上記第２ の継手のベース部材は上記第１の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合されてい る請求項１７記載の装置。 ２９．上記対をなす平行四辺形アームの一方が長さ調整手段を含んでいる請求項 １８記載の装置。 ３０．上記駆動歯車手段は上記第１の力付与手段の一部として作用する請求項１ ９記載の装置。 ３１．上記システムは第４の継手手段をさらに含み、該第４の継手手段は、上記 第３の継手の回転部材に機械的に結合された第４の継手のベース部材、および該 第４の継手のベース部材に対して実質的に単一の軸の回りに回転できるように、 該第４の継手のベース部材に回転可能に結合された第４の継手の回転部材を有し 、さらに、上記第３の継手のベース部材に対する上記第３の継手の回転部材の角 度運動が上記第４の継手のベース部材に対する上記第４の継手の回転部材の角度 運動を引起こすように、上記第４の継手の回転部材および上記第３の継手のベー ス部材の双方に機械的に結合された第４の継手の第１の結合手段を有する請求項 ２０記載の装置。 ３２．上記システムは第３の継手手段をさらに含み、該第３の継手手段は、第３ の継手のベース部材および、該第３の継手のベース部材に対して実質的に単一の 軸の回りに回転できるように、該第３の継手のベース部材に回転可能に結合され た第３の継手の回転部材を有し、また該第３の継手の回転部材に、および力が該 第３の継手の回転部材に選択的に付与されることを許容する第３の継手の第１の 力付与手段に機械的に結合された第３の継手の第１の結合手段を有し、上記第３ の継手のベース部材は上記第２の継手の赤道面捕捉手段に機械的に結合されてい る請求項２１記載の装置。 ３３．上記第３の継手の第１の結合手段は上記第２の継手のベース部材に固着さ れた歯車部分をも含む請求項２４記載の装置。 ３４．上記自在継手は、上記第１の継手のポール手段中の第２のアクセス開口を 通して、上記第２の継手の第１の力付与手段として作用するモーター手段にも結 合されている請求項２６記載の装置。 ３５．上記自在継手は、貫通ピンを有してその周囲の第１の中空球殻に回転可能 に結合された球を含み、さらに該第１の球殻はその周囲の第２の中空球殻に結合 されているピンを有し、該第２の中空球殻は上記回転可能なねじ手段に結合され ている請求項２６記載の装置。 ３６．上記第１の継手の第２の結合手段は、上記第１の継手の赤道面捕捉手段か ら外側に伸び、その延長端部に第１の回転継手を有する上記保持ピンの延長部を 含み、該第１の回転継手はまた上記第１の継手の第２の力付与手段にも結合され ている請求項２７記載の装置。 ３７．上記第２の継手の第１の結合手段は上記第２の継手のベース部材にマウン トされて上記第２の継手の第１の力付与手段に回転可能に結合されている回転可 能なねじ手段を含む請求項２８記載の装置。 ３９．上記第２の継手の第１の力付与手段は、上記第２の継手のベース部材の外 側にマウントされたモーター手段である請求項３７記載の装置。 ４０．上記回転可能なねじ手段は、上記第２の継手のベース部材および上記第１ の継手の赤道面捕捉手段を通して、そしてまた上記第１の継手のポール手段の第 １のアクセス開口を通ってその中の内部開口中に伸び、上記内部開口内に収容さ れている自在継手に結合し、これにより上記第２の継手の第１の結合がさらに構 成される請求項３７記載の装置。