JPH0521338Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、アームの関節部等を駆動する駆動手
段を肩部に集中配置したマニプレータに関する。

Ｂ 考案の概要 この考案は、駆動可能な複数の関節部を有する
アームを肩部に具えたマニプレータにおいて、 夫々の関節部へ接続される複数の伝達軸を多重
に重ねた多重軸の軸心まわりに夫々の伝達軸を駆
動する駆動手段を配置した構成であり、前記駆動
手段と減速手段とを一対毎に一体化して多重軸と
直角な平面に沿つてスライドさせるための取付面
を形成するとともにこれらを肩部に着脱自在に取
り付けることにより、 駆動手段、減速手段が故障した場合の部品交換
が容易にできるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 原子力施設等のように人の立ち入ることができ
ない場所では、マニプレータ等によつて作業が行
われる。

従来、マニプレータはアームの関節部である肘
や手首等に別個に駆動手段を具えている。即ち、
関節部の近傍におけるアームの内部に夫々モータ
及び減速手段を具えて関節部を駆動している。

斯かるマニプレータは動力伝達手段としてすべ
て歯車を使用しており、テープやワイヤを使用し
て動力を伝達するものに比べて性能が良い。即
ち、アームに外部から過負荷が加わつてもテープ
やワイヤが切断したり滑車から脱落したりするこ
ともない。

Ｄ 考案が解決しようとする課題 ところが、モータが故障した場合等はその交換
に困難が伴う。即ち、マニプレータを放射性雰囲
気下で使用する場合は他の健全なマニプレータや
インセルクレーンを操作してインパクトレンチ等
を用いて遠隔操作により修理作業を行なわねばな
らず、特にモータがアーム内部にバラバラに配置
されている場合は作業性が悪い。

そのため、肩部にモータ等の駆動手段を集中配
置したマニプレータが提案されている。本考案
は、集中配置した駆動手段に接続される減速手段
を容易に肩部に取り付けられるようにしたもので
ある。

Ｅ 課題を解決するための手段 本考案は、多重軸のまわりに配置された複数の
減速手段の駆動歯車と伝達軸の平歯車との噛み合
わせ作業を容易にして減速手段等の修理が容易に
行えるようにしたものである。

Ｆ 作用 隣合うものどうしを一体化した一対の減速手段
を多重軸と直角な取付面上でスライドさせること
によつて駆動歯車を各伝達軸の平歯車に噛み合せ
るので、各伝達軸の軸心へ向かつて個別にひとつ
の減速手段をスライドさせて噛み合せる構成に比
べて容易に噛み合せを行うことができる。

また、夫々の駆動手段に接続された減速手段の
うちの隣合うものどうしが一対毎に一体化されて
いることから、減速手段の駆動歯車と多重軸を構
成する伝達軸の平歯車とのバツクラツシユ調整が
同時に２組分行える。

Ｇ 実施例 以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。なお、本実施例は、オペレータの
腕の動きに追従するマスターマニプレータと、該
マスターマニプレータと類似の動きをするスレー
ブマニプレータとから構成されるマスタースレー
ブ形マニプレータに適用し、マスターマニプレー
タについて示したものである。この種のマニプレ
ータは、一般にスレーブマニプレータが作業をし
たときの反作用の力がオペレータの手もとにフイ
ードバツクされるように力帰還制御方式が採用さ
れている。

(a) 実施例の構成 第４図〜第７図にマスターマニプレータの外観
図を示す。第４図はマスターマニプレータの正面
図、第５図は第４図の−矢視図、第６図は第
４図の−矢視図、第７図は第６図の−矢
視図である。第８図，第９図はマスターマニプレ
ータの断面図であり、第９図は第８図の−矢
視図である。マスターマニプレータは大きく分け
て支持部１０と肩部１１とアーム１２と手１３と
から構成されており、アーム１２は第一アーム１
２ａ，第二アーム１２ｂ，第三アーム１２ｃから
構成されている。また、手１３は手のひら１３
ａ，手先１３ｂから構成されている。なお、説明
の便宜上、第三アーム１２ｃを第８図でいえば上
方へ屈曲させた状態で各図が描かれている（な
お、第８図中、第三アーム１２ｃ等は省略されて
いる）。

支持部１０は外被２０におおわれており、肩部
１１をおおう外被１４が図中矢印○イで示す方向へ
旋回自在になつている。外被１４内には第一アー
ム１２ａをおおう外被１５の基端部が図中矢印○ロ
で示す方向へ旋回自在に挿入されて第一関節Ｐを
構成している。外被１５の先端分岐部１５ａと１
５ｂとの間には、第二アーム１２ｂをおおう外被
１６の基端部が図中矢印○ハで示す紙面と直角な方
向へ屈曲自在に取り付けられ、第二関節Ｑを構成
している。外被１６の先端分岐部１６ａと１６ｂ
との間には、中間部材１７を介して第三アーム１
２ｃが図中矢印○ニで示す方向及び矢印○ホで示す方
向の双方へ屈曲自在になつており、自由度２の第
三関節Ｒを構成している。つまり、先端分岐部１
６ａと１６ｂとの間に、中間部材１７をおおう外
被１８が図中矢印○ニで示す方向へ回動自在に取り
付けられ、外被１８を挾んだ状態で、第三アーム
１２ｃをおおう外被１９の基端分岐部１９ａ，１
９ｂが図中矢印○ホで示す方向へ回動自在に取り付
けられている。第８図で説明すると、図中矢印○ニ
で示す屈曲の中心となる軸と図中矢印○ホで示す屈
曲の中心となる軸（第８図中、外被１８の中央部
に紙面と直角に存在する）とが直交し、紙面と直
交する軸を中心として第三アーム１２ｃは上部へ
屈曲している（第８図で第三アーム１２ｃ及び手
１３は省略されている）。外被１９には手のひら
１３ａが図中矢印○ヘで示す方向へ旋回自在に取り
付けられ、手首Ｓを構成している。手のひら１３
ａには図中矢印○トで示す方向へ回動自在に手先１
３ｂが取り付けられ、把持部Ｔを構成している。

支持部１０は床上に設置されており、外被２０
に取り付けられたモータ７ｃの出力軸が図示しな
い減速機７ｄ、傘歯車７ｅ，７ｆ、軸７ｇを介し
て外被１４に接続されている。７ａは位置セン
サ、７ｂはブレーキであり、トルクセンサ７ｙが
図示省略されている。

外被１４は第８図中右方から見ると円形になつ
ており、円周方向にモータ１ｃ〜６ｃが略等間隔
に配置され、モータ１ｃ〜６ｃ上にはブレーキ１
ｂ〜６ｂ及び位置センサ１ａ〜６ａが取り付けら
れている。モータ１ｃの出力軸は外被１４に取り
付けられた図示しない減速機１ｄ，駆動歯車１
ｅ，平歯部１ｆを介して外被１５に接続されてい
る。つまり、モータ１ｃは関節Ｐとつながつてい
る。モータ２ｃの出力軸は、図示しない減速機２
ｄ，駆動歯車２ｅ，端部に平歯部２ｆと傘歯部２
ｈとを有する中空の伝達軸２ｇ，傘歯部と平歯部
とを有する伝達歯車２ｉ，平歯車２ｊを介して外
被１６に接続されている。つまり、モータ２ｃは
関節Ｑとつながつている。モータ３ｃの出力軸
は、図示しない減速機３ｄ，駆動歯車３ｅ，端部
に平歯部３ｆと傘歯部３ｈとを有する中空の伝達
軸３ｇ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯車３
ｉ，平歯部と傘歯部とを有する伝達歯車３ｊ，両
端に傘歯部を有する中空の伝達軸３ｋ，傘歯部と
平歯部とを有する伝達歯車３ｌ，平歯車３ｍ，３
ｎ，平歯車３ｐを介して外被１８に接続されてい
る。つまり、モータ３ｃは中間部材１７を矢印○ニ
の方向へ屈曲させる関節Ｒとつながつている。モ
ータ４ｃの出力軸は、図示しない減速機４ｄ，駆
動歯車４ｅ，端部に平歯部４ｆと傘歯部４ｈとを
有する中空の伝達軸４ｇ，傘歯部と平歯部とを有
する伝達歯車４ｉ，平歯部と傘歯部とを有する伝
達歯車４ｊ，両端に傘歯部を有する中空の伝達軸
４ｋ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯車４ｌ，
平歯車４ｍ，４ｎ，平歯部と傘歯部とを有する伝
達歯車４ｐ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯車
４ｑ，平歯車４ｒ，平歯部と傘歯部とを有する伝
達歯車４ｓ，両端に傘歯部を有する伝達歯車４
ｔ，傘歯車４ｕを介して手先１３ｂに接続されて
いる。つまり、モータ４ｃは把持部Ｔにつながつ
ている。モータ５ｃの出力軸は、図示しない減速
機５ｄ，駆動歯車５ｅ，端部に平歯部５ｆと傘歯
部５ｈを有する中空の伝達軸５ｇ，傘歯部と平歯
部とを有する伝達歯車５ｉ，平歯部と傘歯部とを
有する伝達歯車５ｊ，両端に傘歯部を有する中空
の伝達軸５ｋ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯
車５ｌ，平歯車５ｍ，５ｎ，平歯部と傘歯部とを
有する伝達歯車５ｐ，傘歯車５ｑを介して外被１
９の基端分岐部１９ｂに接続されている。つま
り、モータ５ｃは第三アーム１２ｃを矢印○ホの方
向へ屈曲させる関節Ｒとつながつている。モータ
６ｃの出力軸は、図示しない減速機６ｄ，駆動歯
車６ｅ，端部に平歯部６ｆと傘歯部６ｈとを有す
る中実の伝達軸６ｇ，傘歯部と平歯部とを有する
伝達歯車６ｉ，平歯部と傘歯部とを有する伝達歯
車６ｊ，両端に傘歯部を有する中実の伝達軸６
ｋ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯車６ｌ，平
歯車６ｍ，６ｎ，平歯部と傘歯部とを有する伝達
歯車６ｐ，傘歯部と平歯部とを有する伝達歯車６
ｑ，平歯車６ｒ，平歯部と傘歯部とを有する伝達
歯車６ｓ，傘歯車６ｔを介して手のひら１３ａに
接続されている。つまり、モータ６ｃは手首ｓと
つながつている。

前記伝達軸２ｇ〜６ｇと外被１５の一部とが多
重に配置されて多重軸を形成している。前記伝達
歯車２ｉ，４ｉ，６ｉ及び３ｉ，５ｉは外被１５
と一体の固定軸８に夫々多重に配置されている。
前記伝達歯車２ｊ，４ｊ，６ｊ及び３ｊ，５ｊ
は、連結ロツド９ａを介して第二アーム１２ｂの
外被１６に固定されるとともに第一アーム１２ａ
の外被１５を回動自在に貫通する固定軸９に夫々
多重に配置されており、固定軸９の一端にはレバ
ー９ｂを介してバランサー９ｃが取り付けられて
いる。バランサー９ｃは、第二アーム１２ｂと第
三アーム１２ｃと手１３との重さによる固定軸９
のまわりのモーメントがつり合うようにするため
に設けられている。前記伝達軸３ｋ〜６ｋも多重
に配置されて多重軸を形成している。前記伝達歯
車４ｌ，６ｌ及び３ｌ，５ｌも外被１６と一体の
固定軸２１に夫々多重に取り付けられている。前
記平歯車３ｍ〜６ｍ，３ｎ〜６ｎは外被１６と一
体の固定軸２２，２３に取り付けられている。前
記平歯車４ｒ，６ｒは外被１９と一体の固定軸２
４，２５に取り付けられている。

第８図の−矢視断面の詳細図を第２図に示
し、第２図のＩ−Ｉ矢視図を第１図に示す。図の
ように、中央に孔を形成した円盤形の部材１４ａ
に筒状部材１４ｂがボルト止めされることによ
り、外被１４が形成されている。そして、筒状部
材１４ｂの中には、軸受２６，２７を介して旋回
自在に前記外被１５が具えられ、外被１５にはリ
ング状の補助部材２８を介して前記平歯部１ｆが
取り付けられている。外被１５の中には前記伝達
軸２ｇ〜６ｇが軸受を介して夫々回転自在に具え
られている。伝達軸２ｇ〜６ｇは、中空軸あるい
は中実軸の一端にリング状の補助部材２９〜３３
を介して平歯部２ｆ〜６ｆを設け、他端に傘歯部
２ｈ〜６ｈを設けたものである。平歯部１ｆ〜６
ｆには前記のように駆動歯車１ｅ〜６ｅ，減速機
（減速手段）１ｄ〜６ｄ，モータ１ｃ〜６ｃ，ブ
レーキ１ｂ〜６ｂ，位置センサ１ａ〜６ａが接続
されており、第１図のように、減速機１ｄと２ｄ
はギヤケース３４ａに、減速機３ｄと４ｄはギヤ
ケース３４ｂに、減速機５ｄと６ｄはギヤケース
３４ａに夫々一体化して収納されている。

減速機の近傍の構造を減速機３ｄを例にとつて
説明する（第２図参照）。オペレータが関節Ｒで
中間部材１７を矢印○ニの方向へ回動させることに
より、モータ３ｃの出力軸が回転させられた場合
のトルクを検出するため、モータ３ｃはギヤケー
ス３４ｂに対して回動自在となつている。即ち、
ギヤケース３４ｂに軸受３５を介して略リング状
の補助部材３６が回転自在に設けられ、該補助部
材３６にモータ３ｃを被うフレーム３７及び３８
が一体的に固定されている。補助部材３６の外側
にはレバー３９が取り付けられており、該レバー
３９はギヤケース３４ｂと一体の２本のストツパ
ー（図中レバー３９より手前側のストツパーは省
略されている）４０の間に挾まれている。ストツ
パー４０とレバー３９との間にはトルクセンサ３
ｙが取り付けられている。減速機としては調和減
速機が使用されており、内側に歯を有するサーキ
ユラスプライン４１が補助部材３６にボルト止め
され、外側に歯を有するチユーブ状のフレクスプ
ライン４２がサーキユラスプライン４１と噛み合
つている。そして、モータ３ｃの出力軸に取り付
けられた楕円形のウエーブジエネレータ４３が図
示しないボールベアリングを介してフレクスプラ
イン４２の内側へ挿入されている。フレクスプラ
イン４２には減速機４４及び筒状部材４５を介し
て前記駆動歯車３ｅが取り付けられ、駆動歯車３
ｅは平歯部３ｆと噛み合つている。なお、４６，
４７は軸受である。ここでは減速機３ｄについて
説明したが減速機１ｄ，２ｄ，４ｄ，５ｄ，６ｄ
も同様の構造であり、トルクセンサ１ｙ，２ｙ，
４ｙ，５ｙ，６ｙを具えている。以上のように一
対の減速機を収納したギヤケース３４ａ〜３４ｃ
は夫々ボルト４９を介して外被１４に着脱自在に
取り付けられる。そして、ボルト４９をゆるめた
状態では、平歯車１ｆ〜６ｆと駆動歯車１ｅ〜６
ｅとのバツクラツシユが調整できるようにギヤケ
ース３４ａ〜３４ｃを多重軸と直角な平面上でス
ライドさせるため筒状部材１４には多重軸と直角
な取付面１４ｃが形成される。

前記位置センサ１ａ〜６ａ，ブレーキ１ｂ〜６
ｂ，モータ１ｃ〜６ｃ，トルクセンサ１ｙ〜６ｙ
から図示しない機器やスレーブマニプレータへ配
線されるリード線４８は第１図，第２図で示すよ
うにまとめられ肩部１１の中心部からギヤケース
の内部を通して肩部１１の外側へ導かれている。

(b) 実施例の作用 次に、斯かるマスターマニプレータの作用を説
明する。

オペレータの手の動きによつてマスターマニプ
レータが動かされると、各モータ１ｃ〜７ｃの出
力軸が回転させられ、出力軸の回転量及びトルク
の大きさが位置センサ１ａ〜７ａ，トルクセンサ
１ｙ〜７ｙで検出され、この検出値に基づいて図
示しないスレーブマニプレータが駆動される。

関節Ｐでアーム１２等を矢印○ロの方向へ旋回さ
せるとモータ１ｃが回転し、関節Ｑで第二アーム
１２ｂ等を矢印○ハの方向へ屈曲させるとモータ２
ｃが回転し、関節Ｒで中間部材１７及び第三アー
ム１２ｃ等を矢印○ニの方向へ屈曲させるとモータ
３ｃが回転し、関節Ｒで第三アーム１２ｃ等を矢
印○ホの方向へ屈曲させるとモータ５ｃが回転し、
手首Ｓで手１３を矢印○ヘの方向へ旋回させるとモ
ータ６ｃが回転し、把持部Ｔで手先１３ｂを矢印
○トの方向へ回動させるとモータ４ｃが回転し、肩
部１１及びアーム１２の全体を矢印○イの方向へ旋
回させるとモータ７ｃが回転する。モータ１ｃ〜
７ｃは、マスターマニプレータの各部の動きに応
じて夫々独立に回転させられることになる。

減速機１ｄ〜６ｄのうち、例えば３ｄが故障し
た場合、ギヤケース３４ｂを外被１４から外して
修理したあとに再び取り付けることになる。この
場合、多重軸に直角な取付面１４ｃに沿つてギヤ
ケース３４ｂをスライドさせて歯車どうしを噛み
合わせることになる。多重軸を構成する伝達軸の
数が２〜３位であればギヤケース３４ｂを多重軸
の軸心に沿つてスライドさせても噛み合せるのが
容易であるが、本実施例のように多数ある場合は
軸心方向へのスライドでは噛み合せが困難であ
り、多重軸と直角な取付面１４ｃに沿つてスライ
ドさせることにより噛み合せを容易に行うことが
できる。そして、第３図において、駆動歯車３ｅ
と平歯部３ｆ、そして駆動歯車４ｅと平歯部４ｆ
とを噛み合せなければならないが、ギヤケース３
４ｂを多重軸と直角な取付面１４ｃ上でスライド
させることにより駆動歯車３ｅと平歯部３ｆ及び
駆動歯車４ｅと平歯部４ｆとのバツクラツシユは
調整され、ギヤケース３４ｂと外被１４とをボル
ト４９で結合すればよい。

Ｈ 考案の効果 以上説明したように、本考案によれば隣合う減
速手段を一対毎に一体化してひとつのギヤケース
に収容し、多重軸と直角な平面上でギヤケースを
スライドさせるための取付面を筒状部材に形成し
てギヤケースを肩部に着脱自在に取り付けたの
で、駆動歯車と平歯車との噛み合せが容易となつ
て分解，組立が部分的に容易にできることとな
り、減速手段の減速歯車等が故障した場合等に修
理が簡単にできる。また、多重軸を構成する夫々
の伝達軸の平歯車と駆動手段に接続された減速手
段の駆動歯車とのバツクラツシユが２組分同時に
調整できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本考案によるマニプレータの
実施例を示すマスターマニプレータに係り、第１
図は第２図の−矢視図、第２図は第８図の
−矢視断面詳細図、第３図は肩部のバツクラツ
シユ調整の説明図、第４図〜第７図は外観図であ
り、第４図は正面図、第５図は第４図の−矢
視図、第６図は第４図の−矢視図、第７図は
第６図の−矢視図、第８図は断面図、第９図
は第８図の−矢視断面図である。 １ｃ〜６ｃ……モータ、１ｄ〜６ｄ……減速
機、１ｅ〜６ｅ……駆動歯車、１ｆ〜６ｆ……平
歯車、２ｇ〜６ｇ……伝達軸、１１……肩部、１
２……アーム、１４……筒状部材、１４ａ……部
材、３４ａ〜３４ｃ……ギヤケース、Ｐ，Ｑ，Ｒ
……関節、Ｓ……手首、Ｔ……把持部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 複数の関節部等を有するアームを肩部に連結し
   て構成されるマニプレータにおいて、 夫々の前記関節部等に連動連結される伝達軸を
   前記肩部に筒状部材を介して回転自在にかつ多重
   に配置して多重軸とし、夫々の伝達軸の肩部側の
   端部に平歯車を設け、各平歯車と対応する減速手
   段を多重軸の軸心を囲繞して配置し相互に隣合う
   減速手段を一対ごとにひとつのギヤケースに収容
   するとともに夫々の減速手段に駆動手段を連動連
   結し、一対の減速手段の出力軸に駆動歯車を取り
   付け、ギヤケースを多重軸と直角な平面に沿つて
   スライドさせるための取付面を筒状部材に形成し
   て夫々の駆動歯車と平歯車との噛合を調整自在に
   設定するとともにギヤケースを着脱自在に筒状部
   材の前記取付面に取り付けたことを特徴とするマ
   ニプレータ。