JPH0418795Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案はスレーブ側マニプレータの手先構造に
係り、とくに動力伝達が全歯車式のマニプレータ
の手先構造に関する。

Ｂ 考案の概要 アーム先端の手先部分にグリツプ部が設けられ
るスレーブ側マニプレータの手先構造において、 アームのケース内に動力伝達用の管状軸を多重
に設けるとともに、この多重の管状軸を２列並列
に設け、かつ各管状軸の手端の傘歯車に噛合う従
動側の傘歯車をアームの中心部に配置し、手首部
分からトング部分に至る動力伝達機構は中心部を
基準としてその上下にふり分けて配置し、かつ手
先部の関節動作を１点交差とし、トング部とその
取付部分に着脱機構を設けることにより、 動力伝達が正確であるとともに、小形化でき、
かつ全体がバランスよく、しかも人間の手首に似
た動きで操作しやすいマニプレータの手先構造で
ある。

Ｃ 従来の技術 マニプレータにおける各関節部への動力伝達方
式には大きく分けてテープまたはワイヤーを使用
する方式と、全て歯車を使用する方式との２通り
がある テープ又はワイヤーを使用する動力伝達方式は
これらの部材が軽いから各腕部の慣性を小さくす
るには適しているが、過負荷が生じた場合にテー
プ又はワイヤーが切断することが多く、またマニ
プレータを高速で作動させた場合に、テープ又は
ワイヤーが滑車から外れることがあり、さらに、
部品の損傷等による交換に手間どるなどの問題が
ある。

これに対し、全歯車使用の動力伝達方式にあつ
ては、上記テープ又はワイヤー方式における問題
は克服できる。この全歯車方式は、その動力源と
なるモータを手首をはじめ肩、肘などの各関節部
に分散配置する（これをスカラ型という）もの
で、一般産業用にみられる全歯車式のマニプレー
タは殆んどこの方式を採用している。

Ｄ 考案が解決しようとする問題点 しかし、上記分散配置方式にあつてはマニプレ
ータの慣性を小さくするために小型モータと高減
速の歯車装置で構成されていて、比較的負荷容量
が作動速度の小さいマニプレータにのみ適するも
のであつた。また、歯車などに比べて損傷しやす
いモータが各関節に配設されているため、該モー
タの部品の交換が困難であつた。

さらに、トング部を有するマニプレータ手先部
の構造は、従来大形化し易く、またバランスが必
ずしもとられておらず、手先部にスムーズな動き
をさせることがむずかしかつた。

本考案は、上記の欠点を改良し、マニプレータ
の負荷容量が大きく、かつ作動速度が高速である
場合でも使える機械的信頼が高いモータを肩部に
集中配置した全歯車式動力伝達機構を有し、その
動きは自然であつて操作のしやすいマニプレータ
の手先構造を提供することを目的とする。

Ｅ 問題点を解決するための手段 本考案に係るスレーブ側マニプレータの手先構
造は、肩部に連結して構造されるアーム先端の手
先部分にトング部が設けられるマニプレータの手
先構造において、前記アームのケース内に動力伝
達用の多重軸を２列並列に配置しても手首部分に
導き、多重軸の各軸先端に傘歯車を設けるととも
に、これら各歯車に噛合う従動側の傘歯車はアー
ムの中心部に配置し、これら従動側の傘歯車と連
動して設けられる手首部分からトング部分に至る
動力伝達機構は、手先部のケース内において、軸
線の上下側に振り分けて配置し、かつ動力伝達機
構を形成する歯車はバツクラツシユ調整機構を用
いて支持されてなり、手首部の関節の動作中心は
１点交とされ、さらに、トング部は手先部に対し
て着脱機構を用いて連結されたことを特徴とす
る。

Ｆ 作用 マニプレータのマスター側のマニプレータの動
きを電気信号としてモータが受け、このモータに
よりアームの肩部からつづいている多重軸が回転
駆動するとき、その動きを多重軸先端に設けた傘
歯車及びこの傘歯車と連動した従動側の歯車を含
む動力伝達機構を介して手首部が各自由度の方向
に動き、かつトング部が物体をつかむ動作を行な
う。

Ｇ 実施例 以下本考案を第１図〜第９図に示す実施例につ
いて説明する。

第８図、第９図は負荷容量が大きく、かつ作
動、速度が高速としたマニプレータのスレーブ側
の外観図である。このマニプレータは、人間の腕
の形状をしていて、手先部分Ａ、肘部分Ｂ、肩部
分Ｃとから構成されている。腕の各関節を駆動す
るモータは肩部分Ｃに集中配置されていて、モー
タ６７から手先までの動力伝達は全て歯車によ
る。

手先部分Ａの構造を第１図と第２図に示す。即
ち、手先部分Ａは前腕４３の先端に取付けられる
手首部分４０とトング部分４１とからなり、それ
ぞれ２自由度を有し、手先部で合せて４自由度を
有している。

前記各部の構成と動作を肩および肘からの動力
伝達の順序に従つて説明する。まず、肘部分Ｂか
らの動力の伝達は前腕４３のケース４３ａ内に納
められた手先の関節数（自由度数）に相当する別
系統の動力伝達系によつて行なわれ、具体的には
管状軸およびその内部に収納した軸を２列並列に
配列してなる４つの動力系統によつて行なわれ
る。第１図においては、ケース４３ａの上側に位
置する管状軸１２と軸１の例のみを示し、これと
対称的に設けられる下側の管状軸とこれに挿入さ
れる軸は図示省略されている。

前記軸１と管状軸１２の先端は軸受１１と４４
によつて支持されている。軸１の動力は、その先
端に固定されている傘歯車２およびこの傘歯車２
と噛合つている傘歯車３に伝達される。また、管
状軸１２の先端に固着された歯車４６は、傘歯車
４７に噛合つている。ここで、傘歯車３と４７が
軸６によりマニプレータの腕中心部に配置されて
いるのは、比較的径の大きい傘歯車３，４７を前
述のように中心部に配設することによつて腕ケー
ス内の遊び空間を少なくして密度高く各部材を収
納配置し、以てマニプレータの腕の小型化を図る
ためである。

傘歯車３の動力は筒軸４を介して平歯車５へ伝
達され、さらに、アイドルギヤ８，９を介して手
首の関節にある平歯車に伝達される。また、傘歯
車４６の動力は、傘歯車４７に伝えられ、さらに
軸他端に設けた傘歯車４８に伝えられ、さらにア
イドルギヤ４９，５０を介して平歯車１２に伝達
される。

しかして、第１図における上記平歯車１０と１
２を矢印方向から見た手先の動力伝達機構が第
３図である。第３図において、平歯車１０，１２
と同一軸心上には、平歯車１３，１４が配置して
ある。平歯車１２はトング部分４１の爪４１ａ，
４１ａを回転動作させるための動力伝達用の歯車
で、軸５１に固着してある。すなわち、軸５１の
一端に傘歯車５２が固着してあり、この傘歯車５
２には軸５３に固着した傘歯車５４が噛合つてい
る。軸５３は前記軸５１と直角に設けてあり、軸
５３の基端に平歯車５５が軸着してある。

平歯車５５には中間平歯車５６が噛合してお
り、中間歯車５６には軸５８に軸着した平歯車５
７が噛合つている。軸５８の内端には傘歯車３３
が固着してあつて、該傘歯車３３には傘歯車３４
が噛合している。この傘歯車３４は軸２９に支持
されたケース３５の端縁に固着してあり、そし
て、傘歯車３４は、トング部４１に軸２９を中心
とする回転動作を与える。

また、平歯車１０には傘歯車２０が噛合してお
り、傘歯車２０には軸２２に固着した傘歯車２１
が噛合つている。軸２２は軸５１と直角配置で、
かつ軸５３に対して対称的に配置されている。軸
２２の他端には平歯車２３が固着してあり、平歯
車２３には中間平歯車２４が噛合しており、中間
平歯車２４には軸２６に固着した平歯車２５が噛
合している。軸２６は軸５８と対称的に配設され
ており、軸２６の内端には傘歯車２７が設けてあ
る。

傘歯車２７には軸２９の内端に固着した傘歯車
２８が噛合している。軸２９の外端には傘歯車３
０が固着してある。傘歯車３０の両側には第２図
で平面的に示すようにケース６１を介して軸５
９，５９ａが配設してあり、この各軸に設ける傘
歯車３１，３１ａが軸５９，５９ａに軸支した各
連結作動部材６０，６０ａの基端部にボルトで固
着してある。連結作動部材６０，６０ａの先端は
支軸６２を介して爪４１ａを連結している。傘歯
車３１と噛合う傘歯車３２は連結作動部材６０を
支持するものである。

上記連結作動部材６０の外側にリンク部材６３
を設け、その両端を支軸６５，６５ａ，６４，６
４ａによりそれぞれ爪４１ａとケース６１に支持
しており、これら連結作動部材６０とリンク部材
６３とで平行リンクを形成している。

したがつて、上記平歯車１０の動力は傘歯車２
０，２１、軸２２、平歯車２３，２４，２５と伝
達され、さらに軸２６、傘歯車２７，２８、軸２
９、傘歯車３０，３１，３２と伝達され、軸５
９，５９ａを駆動支点とし、支軸６４，６４ａを
補助支点として爪４１ａ，４１ａに開閉（つか
み）動作を与える。

つぎに、第３図で示す平歯車１３，１４の連動
関係を説明する。各平歯車１３，１４は第１図に
略図的に示すように平歯車６６，６７によつて駆
動される。平歯車６６，６７は肘部関節Ｂ（第８
図示）から前腕４３のケーシング４３ａ内に設け
た管状軸及びその内部に挿入した軸及び、第１図
上部に示すと同様の軸線イの上下に振り分けた歯
車伝達機構を介して駆動される。

上記平歯車１３は手首の関節フレーム１５にボ
ルトで固定され、かつ軸１６に軸支されており、
上述の平歯車６６からの動力を受けて軸線イを中
心に手首部分を垂直方向に曲げ動作させることが
できる。

平歯車１４は軸１６に固定されており、上述の
平歯車６６からの動力を受けて回転することによ
り、軸１６の内端に設けた傘歯車１７に伝達され
る。さらに、傘歯車１７には、軸５３に支持した
傘歯車１８が噛合つており、傘歯車１８の手首の
水平関節フレーム１９がボルトで一体に設けてあ
る。したがつて、平歯車１４からの動力伝達を受
けて傘歯車１８が回るとき、これと一体の水平関
節フレーム１９が軸５３を中心に回わり、手首に
水平方向の曲げ動作を与えることができる。この
ように前記２つの関節フレーム１５と１９は互い
にユニバーサルジヨイントの関係にある。

以上の動力伝達伝系路により、マニプレータの
手先に人間の手先の動作に近い手首の水平曲げ、
垂直曲げ、トリング部の回転および指の開閉（つ
かみ）の４つの動作を行なうことができる。

つぎに、本実施例に係るマニプレータの手先部
分のトング部は、マニプレータの行なう作業の種
類に対応して素早く簡単に着脱して別のトングに
付け変え可能な着脱機構を有している。第４図は
トング部を手先部から離脱した状態を示す。図に
おいて、トング部４１のケース６８は手首部側の
ケース７０に着脱自在に嵌り合うものである。即
ち、ケース７０は、その外周に環状部７０ａを有
していて、該環状部７０ａの周壁に内外側に貫通
して設けたボール保持孔に、ボール６９が周壁内
外側に移動可能に保持してある。一方、トング部
４１のケース６８の外周には前記ボール６９の納
まる溝７１が設けてあるとともに、さらにケース
６８の外方にはばね７２にケース７０側に押され
るスライドケース７３が配設してある。

したがつて、ケース７０と６８の連結はボール
６９が溝７１に納まることによつてなされ、この
ときスライドケース７３はボール６９の外側に位
置し、該ボール６９が溝７１から脱出するのを阻
止し、よつて連結が保持される。つぎに、トング
部４１を手先部から離脱する場合はスライドケー
ス７３をばね７２に抗して第４図左側に押しつけ
る。するとボール６９は環状部７０ａに設けた保
持孔内で外側への移動が自由となり、この状態で
トング部のケース６８を第４図左方に引張るとボ
ール６９は溝７１から脱出し、したがつてトング
部４１をマニプレータの手首部から離脱すること
ができる。

つぎに、各歯車にはバツクラツシユ調整機構が
設けられている。

まず、第１図に示す歯車５、アイドルギヤ８，
９、歯車１０のバツクラツシユ調整機構を説明す
る。これら歯車列は第５図に示すように両端に位
置する歯車８，１０の中心を結ぶ線から、その中
間に位置する歯車８，９を左右に振り分けて噛合
せてあり、かつ歯車８，９の軸受はボルトによつ
て全体のケース７４に取付けられており、そのボ
ルトをゆるめて、歯車５と噛合つている歯車８の
軸間距離と、歯車１０と９の軸間距離および歯車
８と９の軸間距離を調整してバツクラツシユ調整
することができる。前記各歯車と同軸に軸支され
ている歯車４８，４９，５０，１２についても前
記と同様にしてバツクラツシユ調整できる。

つぎに、第３図に示す平歯車２３，２４，２６
に設けられるバツクラツシユ調整機構の原理を第
６図に示すのでこれを説明する。すなわち、平歯
車２４と３６は２枚の平歯車を重ね合せてあり、
一方の平歯車に円孔状の長孔７７を設け、これに
ボルト７８を挿通したうえ、他方の歯車に設けた
ねじ穴に締付けて平歯車２４と３６を一体に結合
したうえ、他方の平歯車２３と噛合せている。し
たがつて、平歯車２４と３６はボルト３６を緩め
て円周方向にずらして歯幅を変え、平歯車２３の
歯幅に対して適当幅に設定したうえボルト３６を
再び締付けて固定し、相互の噛合いを調整し、バ
ツクラツシユをなくすことができるのである。

また、直角方向から互いに噛合う各傘歯車間も
バツクラツシユをなくするように設けてあり、こ
れは第１図に略図的に示す調整ねじ部材７や、第
３図に略図に示す調整ねじ部材３７，３８，３
９，９０，９２，９３がそのバツクラツシユ調整
の役割を果す。傘歯車のバツクラツシユ調整の場
合は、各傘歯車１個ずつの個別調整ではなく、関
節数に相当する傘歯車一括調整方式としている。
この原理を第７図に示す。同図において、傘歯車
８９，８０が通常噛合い運転するとスラストが発
生して、噛合つている各傘歯車８９，８０はお互
いに離れようとするが、軸８１に嵌合した調整ね
じ８３の外周雄ねじを支持板８２に設けたねじ穴
８４に螺合し、ベアリング８５を介して一方の傘
歯車８９を押して、他方の傘歯車８０との間でバ
ツクラツシユ調整する。他方の傘歯車８０はベア
リング８６により予め決められた位置において回
転する。

Ｈ 考案の効果 以上の通りであり、本考案によると、肩部から
アーム先端の手先部に至る動力伝達を、両端部に
歯車を設けた多重軸によつているから従来のテー
プ及びワイヤー等による動力伝達方式に比べて機
械的信頼性が高く、マニプレータは重負荷に耐え
ることができるとともに、従来の関節にモータを
配設する方式とも異なり、腕内部に電気配線が無
いので、分解、組立が容易にでき、かつ電気配線
の切断などのトラブルの心配が無く、この点にお
いても信頼性が高い。また、前記多重軸は２列並
列に設けられていることにより、これを一列にし
てより多重軸は２列並列に設けられていることに
より、これを一列にしてより多重の層とした軸に
比べて、腕の内径を小さくでき、したがつてマニ
プレータの腕が小形化でき、かつ構成部品もより
少ない種類のものによつて標準化（共通化）が計
れる。

さらに、多重軸先端の傘歯車と噛合う従動傘歯
車は手先部のケースの中心付近に配設したので、
とかくデツドスペースとなりやすい中心部付近を
有効に利用することができ、したがつて、マニプ
レータの腕をより一層小型にできる。さらに、手
首部分からトング部にかけての動力伝達機構を上
下にふり分けたことにより、バランスがとれて機
械的信頼性が高く、かつ重負荷に耐えることがで
き、またスペース的にも無駄な空間をなくすこと
ができるので、この点においても腕の小型化が可
能である。

さらに、手首部分の関節は、異なる複数の方向
への動作中心が同一であるため、人間の手首の動
きのような器用な動作ができる。また、各歯車は
バツクラツシユ調整機構で支持されており、これ
によつてマニプレータの動作位置精度を高めるこ
とができる。さらに、トングは着脱機構によつて
手先部分に着脱することができるので、修理や作
業に応じたトングと交換するのに都合が良い。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例を示し、第１図はマニプレ
ータの前腕の先端部内の多重軸とその先端に設け
る動力伝達歯車機構を線図で示す説明図、第２図
は手先部分の平面図、第３図は第１図矢印方向
からみて手先部分の動力伝達機構を線図で示す説
明図、第４図は第３図においてトング部分を手先
部分から離脱した状態の断面図、第５図、第６
図、第７図はそれぞれバツクラツシユ調整機構を
示す説明図、第８図はマニプレータの全体正面
図、第９図Ａ，Ｂは同じく側面図と平面図であ
る。 Ａ……手先部分、１，６，５１，５３……軸、
２，３，１７，１８，２０，２１，３３，３４，
４６，４８，５２……傘歯車、４３……前腕、４
３ａ……ケース、４１……トング部、１２，１
３，１４，４６，４７，５５，５７……平歯車。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 手先部分、肘部分および肩部分から構成され、
   手先部分の各関節は前記肩部分に集中配置したモ
   ータで全歯車による動力伝達機構で動作させるよ
   うにしたマニプレータの手先構造において、 前腕のケース内に管状軸およびその内部を挿通
   した二重の軸より成る第１および第２の多重軸を
   並列配置し、多重軸の各軸の一端側は前記モータ
   に連動連結し、他端側は腕中心部まで延設してそ
   の各軸先端部に傘歯車を設け、第１の多重軸は、
   前記手先部分の先端部に設けたトング部の爪の回
   転動作と爪の開閉動作をさせる駆動軸となし、第
   ２の多重軸は、手先の手首部分の垂直および水平
   方向の曲げ動作をさせる駆動軸とするとともに、
   前記腕中心部に第１および第２の多重軸と直角な
   方向で且同軸線上の２つの軸を配設し、この各軸
   に２つの筒軸を設け、該筒軸には前記多重軸の各
   先端部に設けた傘歯車と噛合する従動側の傘歯車
   と平歯車を設け、これら各平歯車は、平歯車列を
   介して手先の動力伝達機構に動力を伝達するよう
   になし、この手先の動力伝達機構は、手先部のケ
   ース内において軸線が直角に交叉する第１乃至第
   ４の軸を設けて各対向内端に夫々傘歯車、外端側
   に平歯車を設けて成り、第１の軸の平歯車は前記
   第１の多重軸のトング部に回転動作を与える駆動
   軸に連結した平歯車列に噛合させ、且つこの第１
   の軸の傘歯車は、これと直角な第２の軸の傘歯車
   に噛合させ、この第２の軸に設けた平歯車は、平
   歯車列を介してトング部分の回転動作を与える伝
   達機構に動力を伝達するようにするとともに、第
   １の軸の外周には、外端側に平歯車を内端側に傘
   歯車を有する筒軸を軸支し、この筒軸の平歯車
   は、爪の開閉動作を与える駆動軸に連結された平
   歯車列と噛合させ、傘歯車は第２の軸と同軸線上
   の第３の軸を有する傘歯車に噛合させるととも
   に、第３の軸の平歯車は、平歯車列を介してトン
   グ部分の開閉動作を与える機構に動力を伝達する
   ようになし、第１の軸と同軸線上の第４の軸の平
   歯車は、手首に水平方向の曲げ動作を与える駆動
   軸に連結された平歯車列に噛合され、傘歯車は、
   水平関節フレームに一体に設けられた傘歯車に噛
   合させ、且つこの第４の軸に前記手首部分に垂直
   方向の曲げ動作を与える駆動軸に連結された平歯
   車を軸支し、該平歯車を手首の関節フレームに固
   設したことを特徴とするスレーブ側マニプレータ
   の手先構造。