JPH0373435B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は関節が全方向に回転可能で、且つ、そ
の関節自体がアクチエータとしても機能するロボ
ツトの関節に関するものである。

〔従来の技術〕 一般にロボツトの関節は、本体に軸等により結
合され、シリンダーやモータ等によるアクチエー
タのリニア運動や回転運動などを伝達されて、前
記軸部に於て、回転運動するようにされている。

このような軸結合の関節は運動の自由度が１で
あるため、当該関節を有する腕乃至は手を空間内
で自由に移動させるには、その関節にいわゆる自
在継手を用いたり、関節の数を多くするなどの措
置が必要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、関節を多く形成すれば、各関節及び運
動方向ごとに駆動源を要して構造が複雑になるの
みならず、本体の自重も増大して運動能力を阻害
し、製造面、取扱い面において問題が多い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記のようなロボツトにおける従来の
関節の問題点を解決するためになされたもので、
その主な構成は、一部を開口した球面体の内面状
に形成した受部と、該受部に一定の間隙を保つて
遊嵌される大きさであつて、その大半が前記受部
の内部に嵌入されている球面体の外面状に形成し
た端部の対向する表面側に、両者の表面に形成さ
れる球面座標上にそれぞれ等間隔的に複数の磁石
を埋設し、前記受部側に埋設された磁石と前記端
部側に埋設された磁石の対向する面同士を両側の
磁石の反撥力によつて互いに非接触状態で保持さ
せ、前記端部を、前記受部に対し当該受部の内部
に浮遊離隔状態で支持するとき、前記球面座標上
の始点と目的点を含む線上において、前記受部側
の各磁石の極性を、逆側に切換えることによつて
上記端部を上記受部内において所望方向に回転運
動させることを特徴とするものであり、また、上
記関節を位置決めするための構成は、ロボツトの
関節に於て、受部側に設けた各磁石の位置を、球
面座標系の数値若しくはその数値を直角座標系の
数値に置換えた数値により番地設定すると共に、
当該座標上に所定間隔で光学的乃至は電気的セン
サを設ける一方、上記端部側の球面上に上記セン
サに検出される指標であつて、荷重の支持部の位
置に対応して位置付けられた指標を設け、この指
標に対応した受部上の位置を原点乃至は始点と
し、この点と所定の目標点の線上に位置する当該
受部側の磁石の極性を、前記原点又は始点側から
目標点側へ向け順次切換えることにより、上記端
部を受部内において所望方向に回転させ且つ位置
決めすることを特徴とするものである。

〔発明の作用〕

球面体の内面をなす受部と、この受部に一定間
隙を保つて被嵌される球面体による端部とが、両
者の表面側に埋設されて互に反撥する磁石より、
両者の表面における一定の間隙を維持し、非接触
状態であらゆる方向に回転可能であると共に、受
部側の磁石の極性が順次切換えられることによ
り、端部が受部内で回転運動をする。

〔実施例〕

図は本発明関節の一例を示す正断面図で、１は
非磁性金属、合成樹脂、その他適宜の材料で形成
した受部で、内側が所定球面体の内表面２に形成
されると共に、その一部が開口３されている。

開口３は、例えば、上記内表面をなす球の中心
において90度の頂角を有する円錐体の底面の大き
さに形成する。

４は、上記受部１に、適宜の間隙を保つて遊嵌
できる大きさに形成した球面体による端部で、そ
の外表面５は上記受部１の内表面１と対応してい
る。６は上記端部４にその末端側を一体固定した
腕である。

而して、この実施例では、受部１が本体（図示
せず）側に取付けられ、端部４の腕６の先端側に
荷重の負荷部（図示せず）が形成されるロボツト
の腕、又は、肩部に相当する関節を形成する。受
部１と端部４との相対関係は上記とは逆でもよい
こと勿論である。

尚、この実施例では受部１は、端部４を受け入
れるためもその開口側の半分を分割可能に形成し
てある。図中１ａがこの分割部である。

上記のように形成される受部１と端部４の表面
側には、その全面に、当該受部１と端部４の間で
互に反撥する磁石７，８が埋設される。

この場合に於て、磁石７，８の埋設は、例え
ば、次のようにする。

而して、受部１の側は、その内面上に想定され
る球面座標の上に、ほぼ等間隔で極性が交互に異
なる複数個の電磁石７を、夫々にその極性を順次
に変更でき、且つ、隣合う磁石を交互に導通、遮
断できるようにして、埋設する。

一方、端部４の側は、その外面上に想定される
球面座標の上に、上記受部１側の磁石７に対応す
る等間隔で、且つ、対応した受部側の各磁石７の
極性と同一の極性をもつ複数の磁石８を埋設す
る。

第２図に上記磁石７，８の対応関係の一例を模
式的に示す。

尚、受部１の内表面側は、その開口３の面積に
対応して、当該開口３との対向面３ａに磁石７を
埋設せず、磁気反撥力のバランスをとるようにし
てもよい。

このようにすると、端部４は、磁石７，８の相
互の反撥力により、受部１の内部に非接触状態で
保持されることとなる。

上記状態にある端部４を受部１内で回転させる
には、例えば次のようにする。

第２図の状態にある磁石７に於て、いまＮ極に
励磁されている磁石を、その励磁を遮断する一方
で、隣合う磁石をＳ極に励磁する。このとき、前
記Ｎ極の遮断及びＳ極の励磁は、例えば、左側か
ら右側に向け順次なされるようにする。

このようにすると、各磁石８のＮ極は、上記各
磁石７のＳ極に順次吸引される結果、ここでは反
時計側へ回転する。このように、上記各磁石７の
Ｓを、順次磁石８の各Ｎ極の左上隣のものがＳ極
となるように切換えて行くと、磁石８全体は反時
計側に更に回転をさせられることとなる。

磁石７の極性の切換を上記とは逆方向に行え
ば、磁石８は上記例とは、逆の方向に回転する。

この結果、端部４は、受部１の磁石８の列にお
ける極性の切換えにより、当該磁石８の列設方向
に沿つて任意に回転可能となる。

上記実施例に於て、受部１、端部４の間に、例
えば、非磁力材で形成したボール等によるころが
り部材を介装してもよい。

ころがり部材が介装されると、それによるころ
がり抵抗が生じるが、受部１と端部４とはなお全
体として平衡した磁石の反撥力乃至は吸引力で支
持されるから、ころがり部材のみによる支持に比
べ抵抗は小さく、実用上の問題は少ない。

次に、上記回転運動における位置決めについて
第３図により説明する。

ここでは、説明の便宜のため受部１が形成する
球面と端部４が形成する球面は同一のものとして
説明する。

第３図の球面座標系において、その球面上の任
意の点Ｓは、ｒ＝OS、θ＝POS、φ＝LEOTで
あるとき、（ｒ，θ，φ）で表わされ、このＳ点
の直角座標上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）はｘ＝
rsinθcosφ、ｙ＝rsinθ・sinφ、ｚ＝rcosθで表わ
される。

いま、この点Ｓを関節の端部４側において腕６
の後端の延長線上にあるものとすると、Ｓ点の位
置は、腕６の先端に設けた負荷部（図示せず）の
位置を、球の中心に関し対称的に表すこととな
る。

従つて、Ｓ点の位置決めを行えば、相対的に負
荷点の位置決めを行うことになるので、本発明で
は、一例として次のような構成を以つてＳ点の位
置決めを行うようにした。

まず、受部１側の球面上に適宜ピツチで等間隔
に球面に沿つて並べられた複数の検出子ｃから成
るセンサーを設ける一方、端部４側には、上記Ｓ
点の位置に電気的乃至は光学的指標ｔを設ける。

検出子ｃは前記指標ｔと対応したとき作動、例
えば導通し、離れたとき遮断するようにしてお
く。

このようにすると指標ｔの移動にしたがい、当
該指標ｔに対応した各検出子ｃが順次導通、遮断
していくので、この導通信号を検出することによ
つて、指標ｔの移動軌跡と共に、移動の始、終点
を検出することができ、更に、この検出信号を適
宜時間パルスに対応させると移動速度を検出でき
ることとなる。

そこで、受部１側に配設された各磁石７の位置
（番地）を、それと対応する上記各検出子ｃの番
地と共通若しくは置換した符号に形成する。

次に、端部４側において、指標ｔを移動させた
い区間（軌跡、始点、終点）を決めると、当該軌
跡上に対応する磁石７の列が特定される。

指標ｔの移動軌跡に対応した磁石７の列が決ま
ると、当該磁石列７の延長線上に位置する磁石７
の列が付加決定される。

しかして、受部１側に於て、上記指標の移動軌
跡及びその延長線に対応した磁石７の列が定まる
と、この磁石列を、指標ｔの移動方向によつて、
一方から他方へ向け、順次極性の切換を行う。

上記磁石７の極性が順次切換えられることによ
り、端部４は所定方向に回転させられることとな
る。

一方、上記端部４の回転は、それに設けられた
指標ｔが回転中に検出子ｃに順次検出されること
により、移動軌跡が設定通り形成されているかど
うか点検処理されると共に、当該指標ｔが軌跡終
点における検出子ｃに検出されたとき、同時に、
上記受部１側の磁石の極性の切換動作を停止さ
せ、端部４の回転動作を止めて位置決めを行う。

上記例において、位置決めのためのデータは、
球面座標系又は直角座標系のいずれであつてもよ
い。

〔考案の効果〕

本発明は以上の通りであつて、球の内面形状を
なす受部と、この受部に遊嵌される球状をなす端
部とを、両者の表面側に磁石を設け互にその反撥
力によつて両者間の間隙が保持されるようにした
から両部材が非接触で相対しつつ端部の全方向回
転が可能であると共に、当該関節自体がアクチエ
ータとして作用し、且つ、位置決め作用をするか
ら、ロボツトの関節に、本発明関節を１個使用す
ればれば、この関節によつて荷重の負荷部を全方
向に向けることができ、従つて、ロボツトの負荷
部の方向変換のため、ロボツトに複数の関節並び
に駆動源を設けないで済むという独自の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明関節の一例の正断面図、第２図
はその要部の拡大正断面図、第３図は球面座標を
表わす図である。 １…受部、２…内表面、３…開口、４…端部、
５…外表面、６…腕、７，８…磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一部を開口した球面体の内面状に形成した受
   部と、該受部に一定の間隙を保つて遊嵌される大
   きさであつて、その大半が前記受部の内部に嵌入
   されている球面体の外面状に形成した端部の対向
   する表面側に、両者の表面に形成される球面座標
   上にそれぞれ等間隔的に複数の磁石を埋設し、前
   記受部側に埋設された磁石と前記端部側に埋設さ
   れた磁石の対向する面同士を両側の磁石の反撥力
   によつて互いに非接触状態で保持させ、前記端部
   を、前記受部に対し当該受部の内部に浮遊離隔状
   態で支持するとき、前記球面座標上の始点と目的
   点を含む線上において、前記受部側の各磁石の極
   性を、逆側に切換えることによつて、上記端部を
   上記受部内において所望方向に回転運動させるこ
   とを特徴とするロボツトの関節。 ２ 一部を開口した球面体の内面状に形成した受
   部と、該受部に一定の間隙を保つて遊嵌される大
   きさであつて、その大半が前記受部の内部に嵌入
   されている球面体の外面状に形成した端部の対向
   する表面側に、両者の表面に形成される球面座標
   上にそれぞれ等間隔的に複数の磁石を埋設し、前
   記受部側に埋設された磁石と前記端部側に埋設さ
   れた磁石の対向する面同士を両側の磁石の反撥力
   によつて互いに非接触状態で保持させ、前記端部
   を、前記受部に対し当該受部の内部に浮遊離隔状
   態で支持するロボツトの関節に於て、受部側に設
   けた各磁石の位置を、球面座標系の数値若しくは
   その数値を直角座標系の数値に置換えた数値によ
   り番地設定すると共に、当該座標上に所定間隔で
   光学的乃至は電気的センサを設ける一方、上記端
   部側の球面上に上記センサに検出される指標であ
   つて、荷重の支持部の位置に対応して位置付けら
   れた指標を設け、この指標に対応した受部上の位
   置を原点乃至は始点とし、この点と所定の目標点
   の線上に位置する当該受部側の磁石の極性を、前
   記原点又は始点側から目標点側へ向け順次切換え
   ることにより、上記端部を受部内において所望方
   向に回転させ且つ位置決めすることを特徴とする
   ロボツトの関節。