JPH07214482A - Articulated arm mechanism - Google Patents

Articulated arm mechanism

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JPH07214482A
JPH07214482A JP803494A JP803494A JPH07214482A JP H07214482 A JPH07214482 A JP H07214482A JP 803494 A JP803494 A JP 803494A JP 803494 A JP803494 A JP 803494A JP H07214482 A JPH07214482 A JP H07214482A
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JP
Japan
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arm
parallel link
link means
actuator
pivot
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Withdrawn
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JP803494A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryosuke Suda
良輔 須田
Kaku Ejiri
革 江尻
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07214482A publication Critical patent/JPH07214482A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce dead-weight of an actuator and a load by a cable, to decrease power of the actuator, to miniaturize a working robbot, and to improve lightening and controllability. CONSTITUTION:A singular point is avoided by providing two sets of parallel link means in parallel on a cantilever articulated arm mechanism by combination of parallel links constituted by connecting four arms in a parallelogram shape by a horizontal pivotal shaft free to revolve to each other. Additionally, an actuator 19 to work the parallel link means is arranged on the pivotal shaft positioned at the side of the extreme base end part. Furthermore, actuators 29, 30 to actuate the parallel link means are arranged on one of the pivotal shafts of the parallel link means so that they work as counter balances against the free end side (grip 31). In the meantime, a cable arranged along the arms is arranged by passing it through a through hole formed coaxially with the pivotal shaft of the parallel link means at a joint part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、作業ロボット等に採用
される多関節アーム機構に関する。宇宙空間や原子力施
設等の人間にとって危険な環境下で作業を行う場合、人
間が直接的に作業を行うことが困難であるので、マスタ
ー・スレーブ遠隔操作による作業ロボットが使用されて
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-joint arm mechanism adopted for work robots and the like. When working in an environment that is dangerous to humans, such as outer space and nuclear facilities, it is difficult for humans to directly work, so a work robot operated by master / slave remote control is used.

【0002】この作業ロボットは、例えば、図10に示
されているように、極限環境下に配置される多関節ロボ
ットであるスレーブアーム(装置)1と、安全環境下に
配置される多関節ロボットであるマスターアーム(装
置)2とを通信回線等3で接続して構成され、マスター
アーム2をオペレータ(人間)4が操作することによ
り、その動きをトレースしてスレーブアーム1を動作さ
せることにより、作業を行うロボットである。
This work robot is, for example, as shown in FIG. 10, a slave arm (device) 1 which is a multi-joint robot arranged in an extreme environment, and a multi-joint robot arranged in a safe environment. A master arm (device) 2 which is connected by a communication line 3 or the like, and an operator (human) 4 operates the master arm 2 to trace its movement to operate the slave arm 1. , A robot that does the work.

【0003】これらの多関節ロボット(スレーブアー
ム、マスターアーム)は、実現すべき作業に要求される
自由度に応じて、複数のアームを適宜に枢軸(関節)を
介して回動自在に連結し、該関節に駆動モータ等のアク
チュエータを配置して構成され、一般に片持ち式の構造
をとっている。本発明はこの種の作業ロボットに採用さ
れる多関節アーム機構に関するものである。
In these articulated robots (slave arms, master arms), a plurality of arms are appropriately rotatably connected via pivots (joints) according to the degree of freedom required for the work to be realized. An actuator such as a drive motor is arranged at the joint, and generally has a cantilever structure. The present invention relates to a multi-joint arm mechanism adopted in a work robot of this type.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来の片持ち式の多関節ロボットにおい
ては、動作させるべきアームが連結された関節(アーム
の連結部分)に直接的にアクチュエータを設置するよう
にしている。また、アクチュエータやその他の装置のた
めの配線は、アームに沿って行われ、関節部分において
は、関節の回動になるべく支障がないように遊び(余
裕)を設けていた。
2. Description of the Related Art In a conventional cantilever type multi-joint robot, an actuator is directly installed at a joint (a connecting portion of the arm) to which an arm to be operated is connected. Wiring for actuators and other devices is provided along the arm, and play (margin) is provided in the joint portion so as not to interfere with the rotation of the joint.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、片持ち式のロ
ボットでは、支持されている基端部側と反対側の自由端
側にもアクチュエータが配置されるから、自由端側の重
量が大きく、慣性モーメントの増大による応答速度の低
下を招いていた。
However, in the cantilever type robot, since the actuator is arranged also on the free end side opposite to the supported base end side, the weight of the free end side is large, The increase in the moment of inertia causes a decrease in response speed.

【0006】また同様の理由により、アームの剛性や基
端部側に配置されるアクチュエータのパワーを増す等の
必要があり、重量の増大や作業ロボットの大型化を招い
ていた。
For the same reason, it is necessary to increase the rigidity of the arm and the power of the actuator arranged on the base end side, resulting in an increase in weight and an increase in size of the work robot.

【0007】なお、この対策として、アクチュエータを
なるべく基端部側に配置して、該アクチュエータと作動
させるべきアーム間を歯車等の動力伝達機構により連絡
するようにしたものが用いられる場合があったが、歯車
等の動力伝達機構では、バックラッシ等により振動が発
生し、制御性の低下を招くという欠点があり、有効な対
策ではない。
As a countermeasure, there is a case where an actuator is arranged as close to the base end as possible so that the actuator and the arm to be operated are connected by a power transmission mechanism such as a gear. However, in a power transmission mechanism such as a gear, there is a drawback that vibration occurs due to backlash and the like, and controllability is deteriorated, which is not an effective countermeasure.

【0008】さらに、アームに沿って配線されるケーブ
ルの影響により、アーム回動の際にケーブルの弾性力が
アームに作用し、この力はアームの回転角度により異な
るから、その角度により制御特性が異なり、制御性を低
下させていた。
Further, due to the influence of the cable routed along the arm, the elastic force of the cable acts on the arm when the arm is rotated, and this force varies depending on the rotation angle of the arm. Therefore, the control characteristic depends on the angle. Differently, the controllability was lowered.

【0009】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、アクチュエータの
自重やケーブルによるアクチュエータへの負荷を軽減さ
せ、アクチュエータのパワーの減少と作業ロボットの小
型化、軽量化を目的とする。また、作業ロボットの制御
性の向上も目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to reduce the weight of the actuator and the load on the actuator due to the cable, reduce the power of the actuator, and reduce the size of the work robot. The aim is to reduce weight and weight. It also aims to improve the controllability of the work robot.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、以下のような多関節アーム機構を提供する。 (1)即ち、4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸に
より回動自在に連結してなる複数の平行リンク手段を備
えて構成された片持ち式の多関節アーム機構において、
前記平行リンク手段を、並列的に二組設けるとともに、
一方の平行リンク手段の各アームが一直線上に位置した
ときに、他方の平行リンク手段の各アームが一直線上に
位置しない状態で互いに一体的に連動するように構成す
る。
In order to solve the above problems, the following articulated arm mechanism is provided. (1) That is, in a cantilever type multi-joint arm mechanism constituted by a plurality of parallel link means in which four arms are rotatably connected in a parallelogram shape by a horizontal pivot,
The two parallel link means are provided in parallel,
When the arms of the one parallel link means are positioned on a straight line, the arms of the other parallel link means are integrally linked with each other in a state where they are not positioned on the straight line.

【0011】なお、この構成において、前記平行リンク
手段を作動させるアクチュエータを、該平行リンク手段
の枢軸のうち、最も基端部側に位置する枢軸と同軸上に
配置するように構成することができる。 (2)また、4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸に
より回動自在に連結してなる平行リンク手段を備えて構
成された片持ち式の多関節アーム機構において、アーム
機構の自由端側に対してカウンタバランスとして作用す
るように、平行リンク手段の枢軸のうちの一の枢軸上に
アクチュエータを配置する。 (3)さらに、4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸
により回動自在に連結してなる平行リンク手段を備えて
構成された片持ち式の多関節アーム機構において、前記
平行リンク手段の枢軸に貫通穴を形成し、前記アームに
沿って配線されるケーブルを、該貫通穴を貫通するよう
に配線する。
In this structure, the actuator for activating the parallel link means may be arranged coaxially with the pivot shaft located closest to the base end side among the pivot shafts of the parallel link means. . (2) Further, in a cantilever type multi-joint arm mechanism including parallel link means in which four arms are rotatably connected to a parallelogram shape by a horizontal pivot, a free end side of the arm mechanism is provided. The actuator is arranged on one of the axes of the parallel link means so as to act as a counterbalance with respect to. (3) Further, in a cantilever type multi-joint arm mechanism including parallel link means in which four arms are rotatably connected to each other in a parallelogram shape by a horizontal pivot, a pivot of the parallel link means is provided. A through hole is formed in the cable, and a cable wired along the arm is wired so as to penetrate the through hole.

【0012】[0012]

【作用】[Action]

(1)本発明によると、平行リンク手段により、アクチ
ュエータによる動力の伝達がなされるから、従来の歯車
等の動力伝達機構と比較してバックラッシ等による振動
が無く、制御性が向上する。
(1) According to the present invention, since the power is transmitted by the actuator by the parallel link means, there is no vibration due to backlash or the like and the controllability is improved as compared with the conventional power transmission mechanism such as a gear.

【0013】また、平行リンク手段は、各アームが一直
線に配置された状態のときに特異点となり、この状態で
停止すると、その後の運動の開始ができなくなる場合が
ある。これを回避するため、本発明では、平行リンク手
段を並列的に二組設けて互いの位相を異ならせて一体的
に連動させるようにすることにより、一方の平行リンク
手段が特異点となっても、他方の平行リンク手段が特異
点とならないようにして、この特異点における問題を解
消している。
Further, the parallel link means serves as a singular point when the arms are arranged in a straight line, and if stopped in this state, it may not be possible to start the movement thereafter. In order to avoid this, in the present invention, two sets of parallel link means are provided in parallel and the phases of the parallel link means are made different from each other so that they are integrally interlocked, so that one parallel link means becomes a singular point. Also, the other parallel link means is prevented from becoming a singular point, and the problem at this singular point is solved.

【0014】そして、アクチュエータを最も基端部側に
位置する枢軸と同軸上に配置すれば、アーム機構の自由
端側の重量を低減でき、慣性モーメントによる応答特性
の低下が防止されるとともに、アームの剛性の向上やア
クチュエータのパワーを低下させることができるから、
作業ロボット全体としての重量の低減や小型化を図るこ
とができる。 (2)また、アーム機構の自由端側に対してカウンタバ
ランスとして作用するように、平行リンク手段の枢軸の
うちの一の枢軸と同軸上にアクチュエータを配置したか
ら、作業ロボットの全体としてのバランスを向上させる
ことができ、応答特性の低下が防止されるとともに、ア
クチュエータのパワーを低下させることができ、作業ロ
ボット全体としての重量の低減や小型化を図ることがで
きる。 (3)さらに、アーム機構の自由端側に配置される各種
の装置に対するケーブルは、一般にアームに沿って配線
され、これらのケーブルによりアームの関節(枢軸)部
分に不要が力が作用し、この力はアームの回転角度によ
って変化するため、アームの制御性を低下させていた
が、これに対しては、平行リンク手段の枢軸と同軸上に
貫通穴を形成し、この貫通穴を貫通するようにケーブル
を配線するようにしたから、アームが回動してもケーブ
ルによる影響は少なくなり、制御性が向上する。
By disposing the actuator coaxially with the pivot located closest to the base end side, the weight of the free end side of the arm mechanism can be reduced, the response characteristic due to the moment of inertia can be prevented from deteriorating, and the arm can be prevented. Since the rigidity of can be improved and the power of the actuator can be reduced,
The weight and size of the work robot as a whole can be reduced. (2) Further, since the actuator is arranged coaxially with one of the axes of the parallel link means so as to act as a counter balance with respect to the free end side of the arm mechanism, the balance of the work robot as a whole. Can be improved, the deterioration of response characteristics can be prevented, the power of the actuator can be decreased, and the weight and size of the work robot as a whole can be reduced. (3) Furthermore, the cables for various devices arranged on the free end side of the arm mechanism are generally routed along the arm, and these cables exert unnecessary force on the joint (pivot) portion of the arm. Since the force changes depending on the rotation angle of the arm, the controllability of the arm was reduced, but for this, a through hole was formed coaxially with the pivot of the parallel link means, and the through hole should be penetrated. Since the cable is routed to, the influence of the cable is reduced even if the arm rotates, and the controllability is improved.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の第1実施例を図面を参照して
説明する。 (1)図1及び図2は本発明の第1実施例を説明するた
めの図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (1) FIGS. 1 and 2 are views for explaining the first embodiment of the present invention.

【0016】図1(A)において、11は支柱であり、
支柱11の頂部近傍には、第1主アーム12が水平枢軸
θ1を介して回動自在に取り付けられ、さらに第1主ア
ーム12の先端近傍には第2主アーム13が水平枢軸θ
2を介して回動自在に取り付けられている。
In FIG. 1A, 11 is a column,
A first main arm 12 is rotatably attached near the top of the column 11 via a horizontal pivot axis θ1, and a second main arm 13 is provided near the tip of the first main arm 12 so that the second main arm 13 is pivotable.
It is rotatably attached via 2.

【0017】第2主アーム13の先端近傍には、第1副
アーム14aの一端が枢軸θ3を介して回動自在に取り
付けられている。第1副アーム14aの他端には第2副
アーム15aの一端が枢軸を介して回動自在に取り付け
られており、この第2副アーム15aは第2主アーム1
3と平行に配置されている。
Near the tip of the second main arm 13, one end of the first sub arm 14a is rotatably attached via a pivot shaft θ3. One end of a second sub arm 15a is rotatably attached to the other end of the first sub arm 14a via a pivot, and the second sub arm 15a is the second main arm 1a.
It is arranged in parallel with 3.

【0018】第2副アーム15aの他端には、第3副ア
ーム16aの一端が枢軸を介して回動自在に取り付けら
れており、第3副アーム16aの他端は、第2主アーム
13の枢軸θ2と同軸上に第1主アーム12及び第2主
アーム13の回動とは無関係に回動自在に取り付けられ
ている。この第3副アーム16aは第1副アーム14a
に対して平行に配置されている。
One end of a third sub arm 16a is rotatably attached to the other end of the second sub arm 15a via a pivot, and the other end of the third sub arm 16a is connected to the second main arm 13. It is rotatably attached coaxially with the pivot axis θ2 regardless of the rotation of the first main arm 12 and the second main arm 13. The third sub arm 16a is the first sub arm 14a.
Are arranged in parallel to.

【0019】また、第2副アーム15aと第3副アーム
16aとの枢軸上には、第4副アーム17aの一端が回
動自在に取り付けられており、この第4副アーム17a
は第1主アーム12と平行に配置されている。
Further, one end of a fourth sub arm 17a is rotatably mounted on the pivot of the second sub arm 15a and the third sub arm 16a.
Are arranged parallel to the first main arm 12.

【0020】第4副アーム17aの他端には、第5副ア
ーム18aの一端が枢軸を介して回動自在に取り付けら
れており、第5副アーム18aの他端は、第1主アーム
12に枢軸を介して回動自在に取り付けられている。こ
の第5副アーム18aは第3副アーム16aに対して平
行に配置されている。
One end of a fifth sub arm 18a is rotatably attached to the other end of the fourth sub arm 17a via a pivot, and the other end of the fifth sub arm 18a is attached to the first main arm 12. It is rotatably attached to the shaft. The fifth sub arm 18a is arranged parallel to the third sub arm 16a.

【0021】第1主アーム12、第5副アーム18a、
第4副アーム17a及び第3副アーム16aにより第1
平行リンクが構成され、第2主アーム13、第3副アー
ム16a、第2副アーム15a及び第1副アーム14a
により第2平行リンクが構成されている。
The first main arm 12, the fifth sub arm 18a,
The first by the fourth sub arm 17a and the third sub arm 16a
A parallel link is formed, and the second main arm 13, the third sub arm 16a, the second sub arm 15a, and the first sub arm 14a.
To form a second parallel link.

【0022】一方、第2主アーム13の先端近傍には、
第1副アーム14bの一端が枢軸θ3を介して回動自在
に取り付けられている。第1副アーム14bの他端には
第2副アーム15bの一端が枢軸を介して回動自在に取
り付けられており、この第2副アーム15bは第2主ア
ーム13と平行に配置されている。
On the other hand, in the vicinity of the tip of the second main arm 13,
One end of the first sub arm 14b is rotatably attached via a pivot θ3. One end of a second sub arm 15b is rotatably attached to the other end of the first sub arm 14b via a pivot, and the second sub arm 15b is arranged in parallel with the second main arm 13. .

【0023】第2副アーム15bの他端には、第3副ア
ーム16bの一端が枢軸を介して回動自在に取り付けら
れており、第3副アーム16bの他端は、第2主アーム
13の枢軸θ2と同軸上に第1主アーム12及び第2主
アーム13の回動とは無関係に回動自在に取り付けられ
ている。この第3副アーム16bは第1副アーム14b
に対して平行に配置されている。
One end of a third sub arm 16b is rotatably attached to the other end of the second sub arm 15b via a pivot, and the other end of the third sub arm 16b is connected to the second main arm 13. It is rotatably attached coaxially with the pivot axis θ2 regardless of the rotation of the first main arm 12 and the second main arm 13. The third sub arm 16b is the first sub arm 14b.
Are arranged in parallel to.

【0024】また、第2副アーム15bと第3副アーム
16bとの枢軸上には、第4副アーム17bの一端が回
動自在に取り付けられており、この第4副アーム17b
は第1主アーム12と平行に配置されている。
Further, one end of a fourth sub arm 17b is rotatably mounted on the pivot of the second sub arm 15b and the third sub arm 16b.
Are arranged parallel to the first main arm 12.

【0025】第4副アーム17bの他端には、第5副ア
ーム18bの一端が枢軸を介して回動自在に取り付けら
れており、第5副アーム18bの他端は、第1主アーム
12に第5副アーム18aの第1主アーム12に対する
枢軸を介して回動自在に取り付けられている。この第5
副アーム18bは第3副アーム16bに対して平行に配
置されている。
One end of a fifth sub arm 18b is rotatably attached to the other end of the fourth sub arm 17b via a pivot, and the other end of the fifth sub arm 18b is attached to the first main arm 12. The fifth sub arm 18a is rotatably attached to the first main arm 12 via a pivot. This fifth
The sub arm 18b is arranged parallel to the third sub arm 16b.

【0026】第1主アーム12、第5副アーム18b、
第4副アーム17b及び第3副アーム16bにより第3
平行リンクが構成され、第2主アーム13、第3副アー
ム16b、第2副アーム15b及び第1副アーム14b
により第4平行リンクが構成されている。
The first main arm 12, the fifth sub arm 18b,
The fourth sub-arm 17b and the third sub-arm 16b allow the third
A parallel link is formed, and the second main arm 13, the third sub arm 16b, the second sub arm 15b, and the first sub arm 14b.
This constitutes a fourth parallel link.

【0027】そして、これらの第3平行リンク及び第4
平行リンクは、上述の第1平行リンク及び第2平行リン
クと所定の位相差をもって連動するように、主アーム1
1、12に対する枢軸部分にて一体的に連結されてい
る。即ち、第1又は第2平行リンクがそのアームが一直
線上に位置したときに、対応する第3又は第4平行リン
クはそのアームが一直線上に位置しないように、第1副
アーム14aと第1副アーム14bとのなす角度は常に
一定となっている。
And, these third parallel link and fourth
The parallel link is linked to the first parallel link and the second parallel link described above with a predetermined phase difference so that the main arm 1
They are integrally connected to each other at a pivot portion with respect to 1 and 12. That is, when the arm of the first or second parallel link is located on a straight line, the corresponding third or fourth parallel link is arranged so that its arm is not located on a straight line. The angle formed with the sub arm 14b is always constant.

【0028】また、第2主アーム13の先端(このアー
ム機構の自由端)θ3における1自由度のアクチュエー
タ19は、この実施例では、第4副アーム17aと第5
副アーム18aとの枢軸上に設けられている。
Further, the actuator 19 having one degree of freedom at the tip (free end of this arm mechanism) θ3 of the second main arm 13 has the fourth sub arm 17a and the fifth sub arm 17a in this embodiment.
It is provided on the pivot with the sub arm 18a.

【0029】アクチュエータ19が作動されることによ
り、その回転力が、第3副アーム16a又は16bを共
有する一対の並列的に設けられた第1及び第2平行リン
ク又は第3及び第4平行リンクにより伝達され、図2
(A)、(B)に示されるように、基端部(支柱11)
側に設けたアクチュエータ19による回転力を第2主ア
ーム13の先端近傍の枢軸θ3に伝達することができ
る。なお、図1(B)に示されるように、このアクチュ
エータ19による回転力の伝達は、第1主アーム12及
び第2主アーム13の回転位置にかかわらず行うことが
できる。
When the actuator 19 is actuated, the rotational force of the actuator 19 is a pair of parallel first and second parallel links or third and fourth parallel links sharing the third sub arm 16a or 16b. Transmitted by FIG.
As shown in (A) and (B), the base end (support 11)
The rotational force by the actuator 19 provided on the side can be transmitted to the pivot shaft θ3 near the tip of the second main arm 13. Note that, as shown in FIG. 1B, the rotational force can be transmitted by the actuator 19 regardless of the rotational positions of the first main arm 12 and the second main arm 13.

【0030】そして、平行リンクには、平行リンクを構
成するアームが一直線上に重複した位置で停止した場合
に、この位置から再始動してもロックした状態となって
しまうという特異点が存在し、動作の障害となるが、こ
の実施例では、第1及び第2平行リンクと同様の構成の
第3及び第4平行リンクを並列的に設けることにより、
その一方が特異点となった場合であっても、他方は特異
点とならず、従って、アクチュエータ19による回転力
を常に良好にアーム機構の自由端に伝達することができ
る。
The parallel link has a peculiar point in that, when the arms forming the parallel link are stopped at positions overlapping in a straight line, the arms are locked even if restarted from this position. However, in this embodiment, by providing the third and fourth parallel links having the same structure as the first and second parallel links in parallel,
Even if one of them becomes a singular point, the other does not become a singular point, and therefore the rotational force by the actuator 19 can always be favorably transmitted to the free end of the arm mechanism.

【0031】また、アクチュエータ19は平行リンクの
最も基端部(支柱11)側に位置する枢軸上に配置され
ているから、アーム機構の自由端側の重量を低減でき、
慣性モーメントによる応答特性の低下が防止されるとと
もに、アームの剛性やアクチュエータのパワーを低下さ
せることができるから、全体としての重量の低減や小型
化を図ることができる。 (2)図3及び図4は本発明の第2実施例を説明するた
めの図である。
Further, since the actuator 19 is arranged on the pivot located on the most proximal end (post 11) side of the parallel link, the weight on the free end side of the arm mechanism can be reduced,
Since it is possible to prevent the response characteristic from being deteriorated due to the moment of inertia, and to reduce the rigidity of the arm and the power of the actuator, it is possible to reduce the weight and the size of the entire device. (2) FIGS. 3 and 4 are views for explaining the second embodiment of the present invention.

【0032】図3(A)において、21は支柱であり、
支柱21の頂部には、第1アーム22の中間部分が水平
枢軸θ4により回動自在に取り付けられている。また、
支柱21の頂部には、第2アーム23の一端が一体的に
固定されている。
In FIG. 3 (A), 21 is a column,
An intermediate portion of the first arm 22 is rotatably attached to the top of the column 21 by a horizontal pivot θ4. Also,
One end of the second arm 23 is integrally fixed to the top of the column 21.

【0033】第2アーム23の他端には、第3アーム2
4の一端が枢軸により回動自在に取り付けられており、
第3アーム24の他端には、第4アーム25の一端が枢
軸により回動自在に取り付けられている。
At the other end of the second arm 23, the third arm 2
One end of 4 is rotatably attached by a pivot,
One end of a fourth arm 25 is rotatably attached to the other end of the third arm 24 by a pivot.

【0034】第4アーム25の他端は、第1アーム22
の一端に枢軸により回動自在に取り付けられているとと
もに、第1アーム22の一端には、第5アーム26の一
端が枢軸により取り付けられている。
The other end of the fourth arm 25 is connected to the first arm 22.
Is pivotally attached to one end of the first arm 22 and one end of the fifth arm 26 is pivotally attached to one end of the first arm 22.

【0035】第5アーム26の他端には、枢軸を介して
第6アーム27の一端が回動自在に取り付けられてい
る。第6アーム27の他端には、第7アーム28の一端
が枢軸により回動自在に取り付けられているとともに、
第7アーム28の中間部分は、第1アーム22の他端に
枢軸θ5により回動自在に取り付けられている。
One end of a sixth arm 27 is rotatably attached to the other end of the fifth arm 26 via a pivot. One end of a seventh arm 28 is rotatably attached to the other end of the sixth arm 27 by a pivot, and
The middle portion of the seventh arm 28 is rotatably attached to the other end of the first arm 22 by a pivot θ5.

【0036】第1、第2、第3、第4アーム22、2
3、24、25により、平行リンクが構成され、第1、
第5、第6、第7アーム22、26、27、28により
他の平行リンクが構成されている。
The first, second, third and fourth arms 22, 2
3, 24, 25 form a parallel link, and the first,
The fifth, sixth, and seventh arms 22, 26, 27, 28 form another parallel link.

【0037】そして、この実施例では、第3アーム24
と第4アーム25との枢軸上に第1アクチュエータ29
を設け、第5アーム26と第6アーム27との枢軸上に
第2アクチュエータ30を設けている。第1アクチュエ
ータ29を作動させることにより、図3(B)に示され
るような姿勢とすることができ、第2アクチュエータ3
0を作動させることにより、図4(A)に示されるよう
な姿勢とすることができ、両アクチュエータ29、20
の双方を作動させることにより、図4(B)に示される
ような姿勢とすることができる。これにより、第7アー
ム28の先端(自由端)にて2自由度の動作を実現す
る。
In this embodiment, the third arm 24
And a first actuator 29 on the axis of the fourth arm 25.
And the second actuator 30 is provided on the pivot axis of the fifth arm 26 and the sixth arm 27. By operating the first actuator 29, the posture shown in FIG.
By operating 0, the posture as shown in FIG.
By operating both of them, the posture shown in FIG. 4B can be obtained. Thereby, the movement of two degrees of freedom is realized at the tip (free end) of the seventh arm 28.

【0038】第1及び第2アクチュエータ29、30
を、何故に第3アーム24と第4アーム25との枢軸上
及び第5アーム26と第6アーム27との枢軸上に設け
たかというと、このような平行リンクの組み合わせによ
る場合、アクチュエータ29、30に対する重力が、第
7アーム28の自由端を上方に持ち上げる方向に作用
し、第7アーム28の自由端側の自重(アームや付属の
装置等の重量)についての重力に対してカウンタバラン
スとして働くことになるからである。
First and second actuators 29, 30
Is provided on the pivot axis of the third arm 24 and the fourth arm 25 and on the pivot axis of the fifth arm 26 and the sixth arm 27. In the case of such a combination of parallel links, the actuator 29, Gravity on 30 acts in a direction to lift the free end of the seventh arm 28 upward, and acts as a counterbalance against the gravity of the free end side of the seventh arm 28 (weight of the arm, attached device, etc.). Because it will work.

【0039】従って、アーム機構の全体としてのバラン
スが向上するから、応答特性が向上するとともに、アク
チュエータのパワーを低下させることができるから、全
体としての重量の低減や小型化を図ることができる。 (3)図5乃至図8は本発明の第3実施例を説明するた
めの図であり、上述した第1及び第2実施例を組み合わ
せて、図10におけるマスターアームを構成した場合の
概略構成を示す図である。
Therefore, since the balance of the arm mechanism as a whole is improved, the response characteristics are improved, and the power of the actuator can be lowered, so that the weight and size of the whole can be reduced. (3) FIGS. 5 to 8 are views for explaining the third embodiment of the present invention, and are schematic configurations when the master arm in FIG. 10 is configured by combining the first and second embodiments described above. FIG.

【0040】即ち、図3(A)の第6アーム27を図1
(A)の第1主アーム12とし、図3(A)の第7アー
ム28を図1(A)の第2主アーム13として、図3の
構成に図1の第1乃至第4平行リンクを適用して構成し
たものである。従って、上述の第1又は第2実施例に示
した構成部分と同一の部分については、同一の番号を付
して、その説明は省略する。
That is, the sixth arm 27 of FIG.
The first main arm 12 of (A), the seventh arm 28 of FIG. 3 (A) as the second main arm 13 of FIG. 1 (A), and the first to fourth parallel links of FIG. It is configured by applying. Therefore, the same parts as those of the first or second embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0041】図5において、31はオペレータが手動操
作するためのグリップであり、このグリップ31を把持
して前後、上下に操作することにより、図示は省略して
いるが軸力覚センサ(ひずみゲージ)により加えられて
いる力及び方向が検知され、図示しない制御装置により
アクチュエータ19、29、30が制御されることによ
り、このマスターアームが動作する。尚、同図では支柱
21と第2アーム23は枢軸θ4を介して一体的に固定
されている。
In FIG. 5, reference numeral 31 denotes a grip manually operated by an operator. By gripping the grip 31 and operating it back and forth and up and down, although not shown, an axial force sensor (strain gauge) is shown. ) Detects the force and direction applied thereto, and controls the actuators 19, 29, 30 by a control device (not shown) to operate the master arm. In the figure, the support column 21 and the second arm 23 are integrally fixed via a pivot axis θ4.

【0042】即ち、図5に示した状態から、グリップ3
1に対して枢軸θ3を中心として回転させるように力を
作用せしめると、この力に応じてアクチュエータ19が
作動され、図6に示したような姿勢となる。また、図5
に示した状態から、グリップ31に対して枢軸θ5を中
心として回転させるように力を作用せしめると、この力
に応じてアクチュエータ30が作動され、図7に示した
ような姿勢となる。さらに、図5に示した状態から、グ
リップ31に対して枢軸θ4を中心として回転させるよ
うに力を作用せしめると、この力に応じてアクチュエー
タ29が作動され、図8に示したような姿勢となる。
That is, from the state shown in FIG. 5, the grip 3
When a force is applied to 1 so as to rotate it about the axis θ3, the actuator 19 is actuated in response to this force, and the posture shown in FIG. 6 is obtained. Also, FIG.
When a force is applied to the grip 31 such that the grip 31 is rotated about the pivot axis θ5 from the state shown in FIG. 7, the actuator 30 is actuated in accordance with this force, and the posture becomes as shown in FIG. Further, from the state shown in FIG. 5, when a force is applied to the grip 31 so as to rotate about the pivot axis θ4, the actuator 29 is actuated in response to this force, and the posture as shown in FIG. Become.

【0043】そして、これらの動きは、所定の制御信号
に変換されて、図10に示されるように、通信回線等3
を介してスレーブアーム1に伝送され、マスターアーム
2と同様の動作をスレーブアーム1がトレースするよう
になっている。
Then, these movements are converted into a predetermined control signal and, as shown in FIG.
To the slave arm 1 and the slave arm 1 traces the same operation as the master arm 2.

【0044】アクチュエータ19、29、30は、支柱
21に対して比較的に近接して設けられているから、ア
ーム機構の自由端(グリップ31)側の重量を低減する
ことができるとともに、該自由端側とこれに対して反対
側との重量バランスが向上し、制御性を向上させること
ができる。
Since the actuators 19, 29, 30 are provided relatively close to the support column 21, it is possible to reduce the weight of the arm mechanism on the free end (grip 31) side, and at the same time, reduce the weight. The weight balance between the end side and the opposite side can be improved, and controllability can be improved.

【0045】さらに、グリップ31に対して枢軸θ3を
中心として回転する方向に力を作用させた場合、アクチ
ュエータ19の回転力は第1〜第4平行リンクを介して
枢軸θ3に伝達されるが、このとき、平行リンクのうち
のいずれかが特異点となった場合であってもこれと並列
的に設けられた他の平行リンクによりこれが解消される
から、良好な動作を実現することができる。
Further, when a force is applied to the grip 31 in the direction of rotation about the pivot θ3, the rotational force of the actuator 19 is transmitted to the pivot θ3 via the first to fourth parallel links. At this time, even if one of the parallel links becomes a singular point, this is solved by another parallel link provided in parallel with it, so that a good operation can be realized.

【0046】なお、この実施例は、マスターアームにつ
いて適用した例を示しているが、本発明はこれに限定さ
れることはなく、スレーブアームについて適用すること
もできることはいうまでもない。 (4)図9は本発明の第4実施例の説明図であり、図5
における第1アーム22と第7アーム28の連結部分の
近傍を示している。
Although this embodiment shows an example applied to a master arm, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that it can be applied to a slave arm. (4) FIG. 9 is an explanatory view of the fourth embodiment of the present invention, and FIG.
The vicinity of the connecting portion of the first arm 22 and the seventh arm 28 in FIG.

【0047】上述の第3実施例に示したようなマスター
アーム等においては、各アームに沿って電源供給用ある
いは信号伝送用等のケーブルが配線されるが、この実施
例では、枢軸(関節)部分に枢軸の軸線に概略一致する
貫通穴32が形成されており、止め金具34等によりア
ーム22、28に沿って配線されるケーブル33は、こ
の貫通穴32を貫通して配線されている。
In the master arm and the like as shown in the third embodiment, cables for power supply or signal transmission are wired along each arm, but in this embodiment, a pivot (joint) is used. A through hole 32 that substantially coincides with the axis of the pivot is formed in the portion, and a cable 33 that is routed along the arms 22 and 28 by a fastener 34 or the like is routed through the through hole 32.

【0048】このようにすることにより、ケーブル33
の弾性等によるアーム22、28の関節部分に作用する
力が少なくなるとともに、アーム22、28の回線角度
による当該力の変化を少なくすることができる。従っ
て、制御性が向上されるとともに、アクチュエータのパ
ワーの低減による低重量化、小型化を図ることができ
る。なお、他の枢軸部分についても同様である。
By doing so, the cable 33
The force acting on the joint portion of the arms 22 and 28 due to the elasticity of the arm 22 and the like is reduced, and the change in the force due to the line angle of the arms 22 and 28 can be reduced. Therefore, the controllability is improved, and the weight and size of the actuator can be reduced by reducing the power of the actuator. The same applies to the other pivot portions.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、アクチュエータの自重やケーブルによるアクチュエ
ータに対する負荷を軽減させ、アクチュエータのパワー
の減少と作業ロボットの小型化、軽量化を達成できると
ともに、作業ロボットの制御性を向上することができる
という効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, the self-weight of the actuator and the load on the actuator due to the cable can be reduced, the power of the actuator can be reduced, and the work robot can be reduced in size and weight. The controllability of the robot can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の説明図であり、(A)は
構成を示す図、(B)はその動作を示す図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of the present invention, (A) is a diagram showing a configuration, and (B) is a diagram showing its operation.

【図2】本発明の第1実施例の説明図であり、(A)は
図1(A)の他の動作を示す図、(B)はさらに他の動
作を示す図である。
2A and 2B are explanatory diagrams of the first embodiment of the present invention, where FIG. 2A is a diagram showing another operation of FIG. 1A and FIG. 2B is a diagram showing another operation.

【図3】本発明の第2実施例の説明図であり、(A)は
構成を示す図、(B)はその動作を示す図である。
3A and 3B are explanatory diagrams of a second embodiment of the present invention, FIG. 3A is a diagram showing a configuration, and FIG. 3B is a diagram showing its operation.

【図4】本発明の第2実施例の説明図であり、(A)は
図3(A)の他の動作を示す図、(B)はさらに他の動
作を示す図である。
4A and 4B are explanatory diagrams of a second embodiment of the present invention, FIG. 4A is a diagram showing another operation of FIG. 3A, and FIG. 4B is a diagram showing another operation.

【図5】本発明の第3実施例の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施例の説明図であり、図5の動
作を示す図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention and is a diagram showing the operation of FIG. 5;

【図7】本発明の第3実施例の説明図であり、図5の他
の動作を示す図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention and is a diagram showing another operation of FIG. 5;

【図8】本発明の第3実施例の説明図であり、図5のさ
らに他の動作を示す図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention, and is a diagram showing still another operation of FIG. 5;

【図9】本発明の第4実施例の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the fourth embodiment of the present invention.

【図10】一般的なマスター・スレーブ構成の作業ロボ
ットの概略を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of a work robot having a general master / slave configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 支柱 12 第1主アーム 13 第2主アーム 14a、14b 第1副アーム 15a、15b 第2副アーム 16a、16b 第3副アーム 17a、17b 第4副アーム 18a、18b 第5副アーム 19 アクチュエータ 21 支柱 22 第1アーム 23 第2アーム 24 第3アーム 25 第4アーム 26 第5アーム 27 第6アーム 28 第7アーム 29、30 アクチュエータ 31 グリップ 32 貫通穴 33 ケーブル 34 止め金具 11 Strut 12 First Main Arm 13 Second Main Arm 14a, 14b First Sub Arm 15a, 15b Second Sub Arm 16a, 16b Third Sub Arm 17a, 17b Fourth Sub Arm 18a, 18b Fifth Sub Arm 19 Actuator 21 Post 22 First arm 23 Second arm 24 Third arm 25 Fourth arm 26 Fifth arm 27 Sixth arm 28 Seventh arm 29, 30 Actuator 31 Grip 32 Through hole 33 Cable 34 Fastener

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸
により回動自在に連結してなる平行リンク手段を備えて
構成された片持ち式の多関節アーム機構において、 前記平行リンク手段を、並列的に二組設けるとともに、
一方の平行リンク手段の各アームが一直線上に位置した
ときに、他方の平行リンク手段の各アームが一直線上に
位置しない状態で互いに一体的に連動するようにしたこ
とを特徴とする多関節アーム機構。
1. A cantilevered multi-joint arm mechanism comprising parallel link means in which four arms are rotatably connected to a parallelogram by a horizontal pivot, and the parallel link means comprises: With two sets in parallel,
A multi-joint arm characterized in that, when each arm of one parallel link means is positioned on a straight line, the arms of the other parallel link means are integrally linked to each other in a state where they are not positioned on a straight line. mechanism.
【請求項2】 請求項1に記載の多関節アーム機構にお
いて、 前記平行リンク手段を作動させるアクチュエータを、該
平行リンク手段の枢軸のうち、最も基端部側に位置する
枢軸と同軸上に配置したことを特徴とする多関節アーム
機構。
2. The multi-joint arm mechanism according to claim 1, wherein an actuator for operating the parallel link means is arranged coaxially with a pivot shaft located closest to a base end side among pivot shafts of the parallel link means. A multi-joint arm mechanism that is characterized.
【請求項3】 4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸
により回動自在に連結してなる平行リンク手段を備えて
構成された片持ち式の多関節アーム機構において、 アーム機構の自由端側に対してカウンタバランスとして
作用するように、平行リンク手段の枢軸のうちの一の枢
軸と同軸上にアクチュエータを配置したことを特徴とす
る多関節アーム機構。
3. A cantilever type multi-joint arm mechanism comprising parallel link means in which four arms are rotatably connected to each other in a parallelogram shape by a horizontal pivot, and a free end side of the arm mechanism is provided. A multi-joint arm mechanism in which an actuator is arranged coaxially with one of the axes of the parallel link means so as to act as a counter balance.
【請求項4】 4本のアームを平行四辺形状に水平枢軸
により回動自在に連結してなる平行リンク手段を備えて
構成された片持ち式の多関節アーム機構において、 前記平行リンク手段の枢軸と同軸上に貫通穴を形成し、
前記アームに沿って配線されるケーブルを、該貫通穴を
貫通するように配線したことを特徴とする多関節アーム
機構。
4. A cantilevered multi-joint arm mechanism comprising parallel link means in which four arms are rotatably connected to each other in a parallelogram shape by a horizontal pivot, and a pivot of the parallel link means is provided. Forming a through hole coaxially with
A multi-joint arm mechanism in which a cable is routed along the arm so as to pass through the through hole.
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