JPH0712598B2

JPH0712598B2 - ニユ−マチツク・アクチユエ−タを用いたロボツトア−ムの取付構造

Info

Publication number: JPH0712598B2
Application number: JP8989385A
Authority: JP
Inventors: 浩道堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS61249292A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、加圧流体の導入により膨径変形し軸線方向に
収縮力を生起するニユーマチツク・アクチユエータを用
いたロボツトアームの取付構造に関するものである。

（従来技術）加圧流体、たとえば圧縮空気を管状体の内部空洞内に導
入することにより、半径方向に膨張し軸線方向に収縮力
を生起するエアーバツグ・タイプのニユーマチツク・ア
クチユエータは、液圧シリンダや電動機を用いた往復運
動を行なうアクチユエータに比べ、装置自身の重量が軽
く、作動油の漏洩による環境汚染、スパークの発生によ
る火災などの問題がないなど数多くの優れた特徴を有し
ている。

このようなアクチユエータとしては、たとえば第４図
（ａ）に示す構造のものが特公昭52−40378号公報に開
示されている。１はゴム又はゴム状弾性材料よりなる管
状体であり、２はその外周を覆う高張力繊維類、たとえ
ば芳香族ポリアミド繊維（ケブラー：商品名）の編組補
強構造、３は管状体１及び編組補強構造の両端を封止合
着する閉鎖部材である。閉鎖部材の少なくとも一方の接
続孔４に取付けたフイツテイング５を介して、管状体１
の内部空洞６に制御圧力を適用すると、編組補強構造の
編組角度の拡大、つまりパンタグラフ運動による管状体
の膨径と、それに由来した軸方向の収縮すなわち閉鎖部
材３に形成した連結ピン孔７間の距離の縮小がもたらさ
れる。なお符号８は、両端のかしめキヤツプ、９はその
圧痕を示す。

ところでこのようなニユーマチツク・アクチユエータを
用いるロボツトアームとしては、たとえば第４図（ｂ）
に示す構造のものが考えられる。10a,10bは２本で一組
のニユーマチツク・アクチユエータであり、それぞれの
アクチユエータの一端は、固定壁Ｓに連結され、その他
端は固定壁Ｓに固着された支持腕11に回動自在に取付け
られた被駆動部材12にそれぞれ連結されている。この被
駆動部材12には把持部13を有する作業腕14が一体に取付
けられており、作業腕14は、被駆動部材12の運動に関連
して回動運動を行う。被駆動部材12に回動運動を賦与す
るには、初期設定圧力に保持されたアクチユエータ、た
とえばアクチユエータ10aに加圧流体を更に供給して収
縮力を増大させ、アクチユエータ10bから加圧流体を排
出してその収縮力を低減させれば良い。その結果、作業
腕14は図中矢印Ａで示す方向に回動する。なお把持部13
は図示しない把持部開閉手段にて開閉運動し、所定の作
業を行なう。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述した構成のロボツトアームでは、把
持部が回動運動を行なうだけであり、しかもニユーマチ
ツク・アクチユエータの収縮量、すなわちアクチユエー
タとしての工程は、編組補強構造２の初期編組角度か
ら、いわゆる静止角（54゜44′）に到るまでの間の軸線
方向の長さの変化によつて規制されてしまうので、ニユ
ーマチツク・アクチユエータの有する種々の特徴を充分
に生かすことができなかつた。

本発明の目的は、加圧流体の有するエネルギを有効に仕
事に変換でき、軽量で安価なエアーバツクタイプのニユ
ーマチツク・アクチユエータを用いた自由度の高いロボ
ツトアーム、特にロボツトアームの枢支点から放射方向
への把持部の行程の大きなロボツトアームの取付構造を
提供することである。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するため本発明のロボツトアームの取付
構造は、それぞれ一端を固定壁に連結した少なくとも２
本で一組の第１のニユーマチツク・アクチユエータの他
端を、一端が固定壁に枢支された第１の回動部材に連結
し、それらニユーマチツク・アクチユエータへの加圧流
体の給排により回動運動する第１の腕と、この第１の腕
に一体に回動する固定部材と、この固定部材にそれぞれ
一端を連結した少なくとも２本で一組の第２のニユーマ
チツク・アクチユエータの他端を、上記第１の回動部材
に枢支された第２の回動部材に直接又は間接に連結し、
上記第２のニユーマチツク・アクチユエータへの加圧流
体の給排により回動する第２の腕とを具え、それぞれ第
１及び第２の腕が中立位置にある時に、第１の腕の軸線
と第２の腕の軸線とのなす角θがπ/2付近の値となるよ
う構成してなる。

（作用）各腕の第１及び第２のニユーマチツク・アクチユエータ
の管状体の内部空洞には、それぞれ初期設定圧力が適用
され、第１及び第２の腕は中立位置に保持されているも
のとする。今、第１の腕のニユーマチツク・アクチユエ
ータの一方に、更に加圧流体を導入し、他方のアクチユ
エータから加圧流体を排出すると、第１の腕は、加圧流
体を導入したアクチユエータ側に、第１のアクチユエー
タに作用する加圧流体の圧力差に対応してその枢支部を
中心に回動する。この時、第２のニユーマチツク・アク
チユエータの一端を連結した固定部材は、第１の腕に一
体に回動するから、第１の腕の回動部材の枢支され第２
のニユーマチツク・アクチユエータの他端を連結した第
２の回動部材は、それ自身回動運動することなく、第１
の腕に一体に回動する。それゆえ、第２の腕の自由端に
設けた把持部は、第１の腕の枢支部を中心にした円運動
を描く。次いで第２の腕のニユーマチツク・アクチユエ
ータの一方に、加圧流体を導入し他方のアクチユエータ
から加圧流体を排出すると、第２の回動部材に直接又は
間接に連結された第２の腕は、加圧流体を導入した側
に、第２のアクチユエータに作用する加圧流体の圧力差
に対応して、第２の回動部材の枢支部を中心に回動す
る。従つて第２の腕の自由端に設けた把持部は、各腕の
ニユーマチツク・アクチユエータに作用するそれぞれの
制御圧力を制御することにより、第１及び第２の腕のそ
れぞれの回動運動により画成される領域内で自由にその
位置を移動することができる。

その上、本発明装置では、第１及び第２の腕がそれぞれ
中立位置にある時に、第１の腕と第２の腕との軸線との
なす角θがπ/2付近の値となるよう構成されているの
で、第１の腕の枢支部から放射方向に引いた線分に対す
る、ロボツトアームの把持部の行程、すなわち、第２の
腕の自由端に設けた把持部の描く軌跡の正射影を最大と
することができる。

（実施例）以下図面を参照して本発明の取付構造について説明す
る。

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の取付構造の好適な一実
施例を示す斜視図及び側面図である。なお、図中第４図
（ａ），（ｂ）に示す部分と同等の作用をなすものは同
一符号を付す。

固定壁Ｓに枢支軸15を突出させて設け、この枢支軸15を
第１の回動部材16の一端に設けた孔に挿通し、固定壁Ｓ
に対して第１の回動部材16を枢支する。固定壁Ｓに離間
する第１の回動部材の端部の両側面に、貫通孔17aを有
するブラケツト17をそれぞれ設け、固定壁Ｓに設けた連
結用の突起18aに連結部材、たとえばワイヤー19にて一
端をそれぞれ連結した、２本で１組の第１のニユーマチ
ツク・アクチユエータ10a,10bの他端を連結して第１の
腕を構成する。その連結も、ワイヤー19を用いたが、ブ
ラケツト17、突起18aに、各アクチユエータの閉鎖部材
３に設けた連結ピン孔を利用して、いわゆるピン連結し
ても良い。

第１の回動部材を挿通して突出した枢支軸15に、固定部
材16を嵌合し、固定部材20をその軸線方向に貫通して突
出する連結ピン21の先端部を、第１の回動部材16に設け
た挿入孔に挿入し、第１の回動部材、すなわち、第１の
腕と固定部材20とが一体に回動運動するよう構成する。
その理由については後述する。

なお、本実施例では第１の回動部材16と固定部材20とを
別体としたが、一体に形成しても良い。

第１の回動部材16のブラケツト17を設けた端部側に、他
の枢支軸22を設け、この枢支軸22に第２の回動部材23の
一端を嵌合し、第１の回動部材16に対して第２の回動部
材23を回動自在に支持する。第２の回動部材23の自由端
には、把持部開閉手段（図示せず）により開閉運動を行
ない、物品等を把持する把持部13が設けられている。一
方、回動部材23の枢支端を、固定部材20に一端を連結し
た、２本で一組の第２のニユーマチツク・アクチユエー
タ24a,24bの他端に直接に連結し、第２の腕を構成す
る。なお、固定部材20には、第２の回動部材に対向する
側に、アクチユエータをこの固定部材に連結するための
突起18bを設け、ワイヤー19を介して、各アクチユエー
タの一端を連結する。勿論各アクチユエータの閉鎖部材
３に設けた連結ピン孔を利用して連結しても良い。

なお、第１の回動部材16の枢支軸22に第２の回動部材23
を嵌合するには、第２図（ａ），（ｂ）に線図的に示し
たように、第１の回動部材16の軸線と、第２の回動部材
23の軸線とのなす角、すなわち第１の腕の軸線と第２の
腕の軸線とがなす角θが、次の条件を満足するものとす
る。すなわち、第１の腕の枢支部と第２の腕の自由端に
設けた把持部13とを結ぶ線分、より具体的には、枢支軸
15と第２の腕の自由端とを結ぶ線分が、第２の腕の軸線
に直交する時に、第１の腕の軸線と第２の腕の軸線とが
なす角がα（＞０）である時に、θがπ/2付近の値とな
るよう、たとえば、α≦θ≦π/2を満足するよう取付け
る。

次いでこのように構成したロボツトアームの取付構造の
作動を示す。なお、第1,第２の各ニユーマチツク・アク
チユエータは、三方弁を含む操作圧力源たとえば、エア
ーコンプレツサ（図示せず）にフイツテイングを介して
それぞれ接続され、予じめ基準設定圧力の適用を受け、
従つて、第１及び第２の腕はそれぞれ中立位置にあるも
のとする。

第１図（ａ）においては、たとえば、第１のニユーマチ
ツク・アクチユエータの一方のニユーマチツク・アクチ
ユエータ10aに圧縮空気を導入し、他方のニユーマチツ
ク・アクチユエータ10bから圧縮空気を排出すると、ニ
ユーマチツク・アクチユエータ10aは膨径して収縮力を
増大し、アクチユエータ10bは縮径してその収縮力が減
少する。その結果、両アクチユエータの収縮力の差に等
しい力が外力として、ブラケツトを介して第１の回動部
材に作用するので、第１の腕は枢支軸15を回動中心とし
て回動する。その回動量は、両アクチユエータ10a,10b
に適用した制御圧力の差に対応する。

この時に固定部材20は、既述した様に、第１の回動部材
16に一体に運動するので、一端をそれぞれ固定部材20に
連結し、他端を第２の回動部材23に連結した第２ニユー
マチツク・アクチユエータ24a,24bは、第２の回動部材2
3に、何ら第１の回動部材16の回動運動の影響を及ぼす
ことはない。言い換えれば、第１のニユーマチツク・ア
クチユエータ10a,10bに制御圧力を適用することにより
第１の腕を回動させても、第１の回動部材16と、第２の
回動部材23との間の相対配置関係が変化することはな
い。

次いで基準設定圧力に保持された第２のニユーマチツク
・アクチユエータの一方のニユーマチツク・アクチユエ
ータ、たとえばアクチユエータ24aに圧縮空気を導入
し、他方のニユーマチツク・アクチユエータ24bから圧
縮空気を排出して、アクチユエータ24aの収縮力を増大
し、他方のアクチユエータ24bの収縮力を減少させる。
従つて第２の回動部材23は、第１の回動部材16と同様
に、両アクチユエータ24a,24bの収縮力の差に基づいて
回動する。この様子を第２図（ａ），（ｂ）に示す。

第２図（ａ）は、第１の腕と第２の腕とがなす角、すな
わち第１の回動部材16と、第２の回動部材23とがなす角
θがαの場合を示し、第２図（ｂ）は第１の腕と第２の
腕とがなす角がである場合をそれぞれ示している。なお、第１の回動部
材16の回動位置を点線で示し、第２の回動部材23の回動
位置を一点鎖線で示す。また図中、２点鎖線にて画成さ
れる領域は、第１の回動部材16と、第２の回動部材23と
の軸線がなす角がπ、すなわち同一直線上にある場合を
示している。

第２図から明らかなように、本発明の取付構造では、第
１の腕の枢支部、すなわち枢支軸15からの放射方向にお
ける把持部13の行程W₁,W₂を大きくとれることがわか
る。但し、W₁,W₂は第１の腕と第２の腕とがなす角θ
が、それぞれπ/2、αの場合の放射方向の行程を示し、
W₀は角θをπとした場合の放射方向へ行程を示す。

第３図は、本発明の他の実施例の一部を示す図であり、
第２のニユーマチツク・アクチユエータの他端を第２の
回動部材に間接に連結したものである。本実施例では、
第１の回動部材16の枢支軸22に被駆動部材12、たとえば
スプロケツトを枢着し、スプロケツトに第２の回動部材
23の一端を固着する。このスプロケツトには、第２のニ
ユーマチツク・アクチユエータ24a,24bの一端に連結し
たチエーン26を掛合させ、各アクチユエータ24a,24bへ
の加圧流体の給排によりチエーン26をその軸線方向に移
動することによつて、スプロケツトを回動軸22のまわり
に回動させる。それゆえ、スプロケツトに一端を固着し
た第２の回動部材23も、回動軸22のまわりに回動する。

又、本実施例では、ニユーマチツク・アクチユエータ
（第４図（ａ）参照）の閉鎖部材３に設ける接続孔４
を、管状体１の軸線方向に形成すると共に、閉鎖部材の
外周にねじ部を設けて、固定部材20に設けた貫通ねじ孔
に螺着する。そして、アクチユエータに離間する側の固
定部材20の貫通ねじ孔にフイツテイング５を螺着し、こ
のフイツテイングを介して、アクチユエータに加圧流体
を給排する構成としたものである。それゆえ、ワイヤー
を用いた場合に問題となる伸びについて考慮する必要が
なく、耐久性も向上する。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明のロボツトアームの取付構
造においては、ロボツトアームの自由度を少なくとも２
自由度すると共に、第１の腕と第２の腕の軸線とがなす
角θがπ/2付近の値となるよう取付けることにより、エ
アーバツグ・タイプのニユーマチツク・アクチユエータ
の有する長所を損なうことなくその短所を補償し、ロボ
ツトアームの枢支点から放射方向への把持部の行程の大
きなロボツトアームを得ることができ、適用範囲の大き
な、ニユーマチツク・アクチユエータを用いたロボツト
ハンドを得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明のロボツトハンドの取付構造を
適用したロボツトハンドの斜視図、第１図（ｂ）は、第１図に示すロボツトハンドの一部を
示す側面図、第２図（ａ），（ｂ）は、本発明取付構造を用いたロボ
ツトハンドの放射方向への把持部の行程を示す説明図、第３図は、本発明の他の実施例を示す説明図、第４図（ａ），（ｂ）は、本発明に好適なニユーマチツ
ク・アクチユエータの一部断面正面図及びそのニユーマ
チツク・アクチユエータを用いた従来のロボツトハンド
を示す説明図である。１……管状体、２……編組補強構造３……閉鎖部材、４……接続孔５……フイツテイング、６……内部空洞７……連結ピン孔、８……かしめキヤツプ９……圧痕 10a,10b,24a,24b……ニユーマチツク・アクチユエータ 11……支持部材、12……被駆動部材 13……把持部、14……作業腕 15,22……枢支軸、16,23……回動部材 17……ブラケツト、17a……連通孔 18a,18b……突起、19……ワイヤ 20……固定部材、21……連結ピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ一端を固定壁に連結した少なくと
も２本で一組の第１のニューマチック・アクチュエータ
の他端を、一端が固定壁に枢支された第１の回動部材に
連結し、それらニューマチック・アクチュエータへの加
圧流体の給排により回動運動する第１の腕と、この第１
の腕と一体に回動する固定部材と、この固定部材にそれ
ぞれ一端を連結した少なくとも２本で一組の第２のニュ
ーマチック・アクチュエータの他端を、前記第１の回動
部材に枢支された第２の回動部材に直接又は間接に連結
し、前記第２のニューマチック・アクチュエータへの加
圧流体の給排により回動運動する第２の腕とを具え、前記第１及び第２の腕がそれぞれ中立位置にある時に、
前記第１の腕の軸線と前記第２の腕の軸線とのなす角θ
をπ/2付近の値としてなることを特徴とするニューマチ
ック・アクチュエータを用いたロボットアームの取付構
造。