JPH0780145B2

JPH0780145B2 - 関節ア−ム

Info

Publication number: JPH0780145B2
Application number: JP30890186A
Authority: JP
Inventors: 祐蔵長谷川; 卓山本; 真義西田; 啓佐稲田
Original assignee: JGC Corp; Bridgestone Corp
Current assignee: JGC Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPS63162185A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、関節を有するアームに関するものであり、と
くには関節におけるアームの円滑な運動が可能であり、
しかもアームを空間の所望位置に正確に固定することが
できるアームに関する。

（従来の技術）加圧流体を内部に導入することにより、膨径変形し長手
方向に収縮する弾性収縮体を用いた関節アームが特開昭
59−209790号に開示されている。

この関節アームは、第４図に示したように、自在継手１
にて連結された第１及び第２のアーム部材2,3に、図で
は１本のみ示すが少なくとも３本で一組とした弾性収縮
体４の端部をそれぞれ第１のアーム部材２及び第２のア
ーム部材３に連結する。そして各弾性収縮体の接続口に
装着されたニップル５を介して、それぞれの内部空洞内
に加圧流体を導入又は排出することにより、例えば、第
３のアームを空間の所望位置まで運動させることができ
る関節アームである。

なお、符号６は、弾性収縮体４を第２のアーム部材に取
付けるためのブラケットである。また弾性収縮体４は、
第５図に示したように、ゴム又はゴム状弾性材料よりな
る管状体10の外周を、ホース類の補強繊維の静止角度
（54°44′）よりも小さな角度に編組まれた補強構造体
11にて被覆し、両端開口を閉止部材12にて封止合着した
ものであり、一方その内部空洞13への加圧流体の給排
は、閉止部材12の少なくとも一方に形成され、その内部
空洞に連通する接続孔14介して行われる。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の関節アームは、他のアクチュエータに比
べて軽量で、収縮力が大きく、しかも安価であり、加圧
流体の給排によりその作動を調整することができると言
う弾性収縮体の特徴を生かしたものであるが、加圧流体
としてたとえば、圧縮空気を用いた場合に、アームを所
望位置で停止させ、又はその位置に保持しようとする
と、空気の圧縮性に起因して、その停止位置への接近に
あわせて加圧流体の給排を制御する制御手段を必要と
し、更にはブレーキ手段を別個に必要としていた。

これがため、装置の重量が増大し、又コストが上昇する
と言う問題があった。

本発明は、これら問題に鑑みてなされたものであり、装
置重量の増大を招くことなく、アームを所望位置に停止
させ、かつ保持することができる関節アームを提供する
ことをその目的とする。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するため、本発明関節アームは、球継手
にて連結した第１および第２のアーム部材に、弾性収縮
体を少なくとも３本を一組として組合せ、各弾性収縮体
の一端を第１のアーム部材に連結し、他端を第２のアー
ム部材にそれぞれ連結し、一方、球継手のソケット内面
に、ソケットの外方に連通する凹部を形成し、該凹部を
介して球継手のソケット部及びボール間に加圧流体を給
排する。

（作用）球継手のソケット内面に形成した凹部を介して、ソケッ
ト部及びこれに嵌合するボールとの間に、外方より加圧
流体を導入すると、これらソケット及びボール間に加圧
流体の薄膜層が形成されるので、ソケットとボールとの
間の摺動抵抗は、ころがり軸受を使用した自在継手、肘
継手に比べて大幅に低減する。したがって、アクチュエ
ータとしての弾性収縮体にそれぞれ加圧流体を給排する
ことにより、アーム部材は所望位置まで極めて円滑に移
動する。そしてアーム部材が所望位置に達したならば、
球継手の凹部を介してボールを吸引することにより、ボ
ールはソケット面に吸着される。それゆえこの吸着力が
アーム部材に作用する弾性収縮体の収縮力に基づく力よ
り大きくなるよう、吸引圧力を設定することにより、ア
ーム部材を所望位置において確実に停止保持することが
できる。勿論、凹部を介してボールをソケット面に吸着
させる操作に合わせて各弾性収縮体に作用する加圧流体
の圧力差が小さくなるよう調整することにより、小さな
吸引圧力でアーム部材を停止・保持することができる。

また、アーム部材を、他の所望位置まで移動させるに
は、該凹部を介してソケット及びボール間に加圧流体を
供給してソケット面に対する加圧流体の拘束を解除し、
再び薄膜層を形成する。そして各弾性収縮体に加圧流体
を給排すれば良い。

（実施例）以下図面を参照して本発明装置について詳述する。

第１図は、本発明関節アームの一実施例を示す図であ
り、第１のアーム部材20の一端に、ほぼ半球状の凹部を
有するソケット22を固着し、一方、第２のアーム部材24
の一端にボール26を固着する。半球状の凹部とほぼ同一
直径を有するボール26をその凹部に嵌合させ、凹部から
ボールが脱落しないよう押板28によりボールを転動自在
に保持する。それゆえ、第１及び第２のアーム部材は、
球継手を構成するこれらソケット及びボールを介して連
結されるので、三次元的な運動を行うことができる。

ソケット22は、第２図に示すように、ボール26が嵌合す
るソケット内面、すなわち凹部表面に、複数個の窪み30
を備える。これら窪み30は、流路32を介してソケット22
の外方に連通する。したがって、流路32を介してこれら
窪み30から、ソケット内面及びボールとの間の隙間に加
圧流体を噴出させると、その隙間に加圧流体の薄膜層が
形成され、ソケットに対するボールの摺動抵抗が著しく
低減し、ボールの転動運動、それゆえ第１のアーム部材
に対する第２のアーム部材の運動を極めて円滑に行うこ
とができる。一方、窪み30を介してソケット内面及びボ
ールとの間の隙間間に、球継手外方の圧力より低い圧力
を作用させると、その圧力差に基づいてボール26はソケ
ット22の凹部表面に押圧され、その転動運動が拘束さ
れ、それゆえ第１のアーム部材20に対する第２のアーム
部材24の運動が制限される。

なお、これら窪み30の配設部位及び配設数は、ボール及
びソケット凹部の形状寸法並びに適用する加圧流体の圧
力等に基づいて定めるものとするが、通常５〜９個の窪
みを互いに離間させて配設するのが良い。

第１のアーム部材20に対する第２のアーム部材24の運動
は、これらアーム部材にそれぞれ一端が連結された弾性
収縮体４により行う。このため、本実施例では、第１の
アーム部材20の端部に配設したソケット22に離間させ
て、取付け部材34を第１のアーム部材20に固着する。な
お、取付け部材34を、本実施例では、互いに直交する４
本の棒部材とし、関節アームの重量が増加しないよう留
意したが、これに限定されるものではなく、たとえば円
板状の取付け部材とすることもできる。

それぞれの弾性収縮体４の一端を、対応する取付け部材
34に直接又は間接に連結する。具体的には、本実施例に
おいては、弾性収縮体の閉止部材12に形成した取付け穴
を利用し、たとえばワイヤー38aを介して間接的に取付
け部材34に連結する。

同様に、それぞれの弾性収縮体４の他端を、それらの閉
止部材12に形成した取付け穴を利用し、第２のアーム部
材24に直接又は間接に連結する。本実施例では、弾性収
縮体の他端に取付けられた伸びの少ない可撓性に優れた
ワイヤー38bを、ソケット22及び押板28に形成した、第
１のアーム部材の長手方向に平行に延在する貫通孔40に
挿通させ、第２のアーム部材に連結する。

それゆえ、互いに対向する一方の弾性収縮体に接続孔を
介して加工流体を供給しその長手方向に収縮力を生起さ
せ、他方の弾性収縮体から加圧流体を排出させれば、第
１のアーム部材20を不動のものとした場合、第２のアー
ム部材24は、収縮力を生起した弾性収縮体側に運動する
ことになる。

なお、本実施例では、２本で一対をなす４本の弾性収縮
体を１組として用いたが、上述したところから明かなよ
うに、３本の弾性収縮体を一組として用い、各弾性収縮
体への加圧流体の給排を調整することにより、弾性収縮
体を４本用いた場合と同様に第２のアーム部材を運動さ
せることができる。また、アームの運動が平面内での運
動に限られる場合には、２本の弾性収縮体を用いれば良
いことも同様に明かである。

このように構成した本発明関節アームの作動について説
明する。なお、説明の便宜上、第１のアーム部材20は固
定されているものとする。第１図に示したように、電磁
式切換弁42を介して適当な圧力供給源44、たとえばエア
ーコンプレッサに接続された管路46を、球継手の流路32
に接続し、ソケット内面及びボール26との間に加圧流体
に薄膜層を形成して第２のアーム部材24が容易に運動で
きるようにする。

次いでそれぞれの弾性収縮体４に、図示しない流量制御
弁を介して、これも図示しない操作圧力源に接続された
管路を介して加圧流体を供排して各ワイヤー38bに張力
を作用させ、ボール26を転動させることにより、第２の
アーム部材24を第１のアーム部材20に対して移動させ
る。

第２のアーム部材24が所定位置まで移動したことを、適
当な感知手段を介して感知したならば、切換弁32の弁位
置を切換えて、供給圧力源44からの圧縮空気を空気エゼ
クタ48に導く。空気エゼクタ48は、小型で簡単な構造を
しており、真空ポンプとして機能し、流路32を介してソ
ケット内面及びボール26との間の隙間に負圧を作用させ
る。それゆえボール26は、ソケット外方との圧力差によ
りソケット内面に押圧され、その運動が制限される。し
たがって、第２のアーム部材24を、所定位置に確実に保
持することができる。なお、第２のアーム部材24が所望
位置に接近するにつれ、それぞれの弾性収縮体に作用す
る加圧流体の圧力差が小さくなるよう調整することによ
り、第２のアーム部材24に作用する外力を小さくするこ
とができるので、比較的小さな吸引圧力で第２のアーム
部材を停止させまた保持することができる。

本実施例では、第１のアーム部材20を不動としたが、第
２のアーム部材を不動とすることもできる。

第３図は、本発明装置の他の実施例を示す図であり、本
実施例では、各弾性収縮体４の一端に連結されたワイヤ
ー38bを、第２のアーム部材24に固着した互いに直交す
る４本の棒部材にて構成した他の取付け部35に連結した
点を除き、第１図に示した実施例と実質的に同等な構成
をしている。このような構成とすることにより、ワイヤ
ー38bがソケットの貫通孔40に当接するのを有効に阻止
することができる。

なお、いずれの実施例においても、ボール及びソケット
を、軽量で耐摩耗性に優れたセラミックス又はエジニア
リングプラスチックスを用いることにより球継手の軽量
を軽減することができるので、アチクュエータとしての
弾性収縮体の軽量さと相まって、従来の関節アームに比
べて極めて軽量なロッボトアームを得る。また必要であ
れば、ボール及びソケットをアルミニウム又は他の金属
材料にて形成することができる。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明関節アームによれば、球継
手のソケット内面に、ソケットの外方に連通する窪みを
形成し、該窪みを介してソケット内面及びボールとの間
に加圧流体を給排できる構成としたので、アームの関節
部における運動を極めて円滑に行うことができ、また所
望位置でアームを固定保持することができる。しかもア
クチュエータとして、他のアクチュエータに比べて軽量
で、防爆性に優れた弾性収縮体と相まって、個別にブレ
ーキ手段を必要としないので極めて軽量な関節アームを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置を示す略線図、第２図は、第１図に示す装置の一部を拡大して示す断面
図、第３図は、本発明装置の他の実施例を示す略線図、第４図は、従来の関節アームを示す斜視図、第５図は、本発明装置に使用する弾性収縮体の一部を破
断して示す図である。１…自在継手 2,3,20,24…アーム部材４…弾性収縮体、５…ニップル６…ブラケット、10…管状体 11…補強構造体、12…閉止部材 13…内部空洞、22…ソケット 26…ボール、28…押板 30…窪み、32…流路 34,35…取付け部材 38a,38b…ワイヤー 40…貫通孔、42…切換弁 44…圧力供給源、46…管路 48…空気エゼクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−288986（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−209790（ＪＰ，Ａ) 実開昭50−126876（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球継手にて連結した第１および第２のアー
ム部材に、加圧流体を導入することにより膨径変形し長
手方向に収縮する弾性収縮体を少なくとも３本を一組と
して組合せ、各弾性収縮体の一端を第１のアーム部材に
連結し、他端を第２のアーム部材にそれぞれ連結し、一
方、球継手のソケット内面に、ソケットの外方に連通す
る窪みを形成し、該窪みを介して球継手のソケット及び
ボール間に加圧流体を給排することを特徴とする関節ア
ーム。