JPS5850839B2 - ３軸揺動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マニピュレータの関節部などに用いられる３
軸揺動装置に関するものである。

マニピュレータの関節の構成方法として従来一般的に使
われているものは、１つの揺動動作をする関節の先に別
の揺動動作をする関節を設け、更にその先に新たな関節
を設けるというように、順次関節を接続していくという
ものである。

またマニピュレータの制御およびマニピュレータの持つ
機能の観点から考えたとき、手首部の関節機能はできる
だけ小型、軽量であることが望ましく、また、直交した
３軸回りの揺動動作ができることが理想である。

ところが従来のものでは、各関節を順次接続していくた
め、各関節間には機構的に自ずからある長さが必要であ
り、小型化にも限界があるとともに、直交した軸回りの
揺動動作としては２軸までであった。

本発明は上記の点にかんがみ１８００程度の揺動角度範
囲をもち１点で直交する３軸回りの揺動動作を、簡単な
機構で実現することができる３軸揺動装置を提供するこ
とを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、１つのかさ歯
車とこれに噛合う対向した一対の差動かさ歯車とで構成
した２軸揺動部に、該２軸揺動部の１つの揺動を許容す
るための切欠き溝を有する円板体とこの円板体を部分軸
受によって揺動可能に支持する支持部材と円板体を揺動
させるベルトとで構成した１軸揺動部を結合して、３軸
の揺動を可能にしたものである。

以下図面について本発明の装置の一例をマニピュレータ
の手首関節部に応用した場合を説明する。

第１図はマニピュレータの手首関節部の平面図を示し、
第２図は側面図を示す。

両国において、ピストンシリンダ１，２はシリンダ固定
具３，４を介して主支持部材５に固定されている。

ピストンシリンダ１のピストンロッド１ａには、その先
端にブリッジ６が設けられている。

このブリッジ６の上下両端にはベル） ７ ａ ｙ ７
ｂが固定されている。

ベル）７ａ、７ｂのそれぞれの他端は切欠き溝８を有す
る上下の円板体９ ａ ｓ ９ ｂの外周上を経て、切
欠き溝８に設けたベルト固定具１０に固定されている。

一方ピストンシリンダ２のピストンロッド２ａにはピス
トンロッド１ａと同様にブリッジ１１を介入して２本の
ベルＮ２ａ。

１２ｂが固定されている。

そのベルＮ２ａ。１２ｂの他端は円板体９ａ、９ｂ上の
ベルト固定具１３に固定されている。

すなわち第１図において、上下方向の構成は全く対称的
なものである。

前記上下２板の円板体９ａ、９ｂとの間には２軸揺動機
構をなすかさ歯車枠１４が設けられている。

前記円板体９ａ、９ｂは第３図に示すようにそれぞれ部
分軸受１５．１６を介して板状の支持部材１７．１８に
支持されている。

この支持部材１７゜１８は主支持部材５に固定されてい
る。

部分軸受１５．１６の軸受面は軸受支持構成上円板体の
中心から見て約４５°の広がりをもたせることがよい。

また円板体９ａ 、９ｂの上下方向のズレ防止のために
は、第３図に示すように部分軸受１５゜１６の形状をカ
ギ型にし、円板体９ａ、９ｂの外周と伴わせてその上下
面を支持することが良い。

前記円板体９ａ、９ｂ間のかさ歯車枠１４の内部には、
第４図に示すようにがさ歯車１９とこれに噛合う対向し
た一対の差動かさ歯車２０．２１とこの差動かさ歯車２
０，２１を駆動する揺動モータ２２．２３とからなる２
軸揺動機構が組み込まれている。

すなわち、前記揺動モータ２２，２３はかさ歯車枠１４
の円板体９ａ、９ｂに直角な側面に対向して固定されて
いる。

揺動モータ２２゜２３の出力軸２２ａ、２３ａの先端に
はそれぞれ差動かさ歯車２０．２１が固定されている。

この差動かさ歯車２０，２１の中心には軸受２４，２５
が設けられている。

この軸受２４．２５には中央に軸受２６を有した軸２７
が挿入されている。

前記軸受２６にかさ歯車１９の軸２８が組み込まれてい
る。

この軸２８の先端にはつかみ装置２９が固定されている
。

前記円板体９ａ、９ｂの切欠き溝８は、軸２８の軸２７
回りの揺動を許容する役目をするものである。

次に上述した本発明の３軸揺動装置の一例の動作を説明
する。

揺動モータ２２．２３の出力軸２２ａ、２３ａに発生す
るトルクは、差動かさ歯車２０，２１およびかさ歯車１
９で構成した差動歯車列に伝達され、かさ歯車１９の軸
２８による軸２７を作用中心とする揺動トルクと、揺動
軸３０自体を作用中心とする揺動トルクとに変換される
。

これらの揺動トルクにより、かさ歯車１９の軸２８はそ
のトルクの作用する方向に揺動運動をする。

また揺動する角度についても同様に作用するものである
。

今揺動モータ２２，２３の揺動角をＡ１５Ａ２とし、軸
２８の軸２７回りの揺動角をＢｏ、軸２８回りの揺動角
をＢ２とすると、差動かさ歯車２０，２１およびかさ歯
車１９の歯数がすべて同じとした場合、つぎの関係が成
立する。

すなわち軸２８を軸２７回りに揺動させる場合には、揺
動モータ２２，２３の出力軸２２ａ。

２３ａの揺動角の平均値が所要の揺動角に等しくなるよ
う、揺動モータ２２．２３を駆動すればよい。

一方軸２８の軸２８回りの揺動については、出力軸２２
ａ、２３ａの揺動角の差の半分が所要の揺動角に等しく
なるように揺動−Ｅ−一夕２２ 、２３を駆動すればよ
いものである。

つぎに上述した２軸揺動機構全体を軸２７に直角な軸回
りに揺動させる動作について説明する。

ピストンシリンダＬ２のビストーンロッド１ａ。

２ａの引込側にそれぞれ作動流体を供給する。

その駆動圧はピストンシリンダ１，２でピストンロッド
１ ａ、２ａの引込力に変換され、ピストンロッド１
ａ、２ａの先端に固定したブリッジ６．１１を介して２
対のベルト７ａ、７ｂ、１２ａ、１２ｂに張力として加
わる。

今両側のベル）７ａ、７ｂと１２ａ、１２ｂとの張力が
等しいとすると、この張力は円板体９ａ、９ｂを部分軸
受１５．１６を介して、支持部材１７．１８に押しつげ
る力となり、円板体９ａ、９ｂの揺動トルクとしては作
用しない。

一方両側のベル）７ａ、７ｂと１２ａ。１２ｂとの張力
に差を生じた場合には、円板体９ａ 、９ｂは部分軸受
１５．１６上を張力の大きい側に揺動していく。

すなわちピストンシリンダ１．２に供給する作動流体の
圧力を制御することにより、円板体９ａ、９ｂおよびか
さ歯車枠１４の中に組み込んだ前記の２軸揺動機構を、
１８００程度の範囲内で揺動させることができる。

なお円板体９ａ、９ｂを駆動する方法としては、ピスト
ンシリンダ１，２のかわりに揺動モータとプーリとの組
み合わせを用いてもよい、また軸２８まわりの揺動運動
は、揺動モータ２２，２３のかわりに揺動範囲に制約の
ないトルクモータを使用すれば、多回転の運動を実現す
ることも可能である。

以上詳述したように、本発明によれば、互いの揺動軸が
一点で交わる３軸回りの揺動運動を、簡単な機構により
小形かつ軽量に実現することができ、さらに、各々の揺
動運動の範囲を１８０°内外と非常に大きくすることが
可能であるなどの長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一例を備えたマニピュレータの
手首関節部の平面図、第２図はその側面図、第３図は第
１図のに−Ｉ線矢視図、第４図は第２図のＩＶ −ＩＶ
線矢視図である。 ５−−・−・・主支持部材、７ａ、７ｂ、１２ａ、１２
ｂ・・・・・・ベルト、８・・・・・・切欠き溝、９ａ
、９ｂ・・・・・・円板体、１４・・・・・・かさ歯車
枠、１５，１６・・・・・・部分軸受、１７．１８・・
・・・・支持部材、１９・・・・・・かさ歯車、２０，
２１・・・・・・差動かさ歯車、２２．２３・・・・・
・揺動モータ、２９・・・・・・掴み装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マニピュレータの手首部等を構成する３軸揺動装置
   において、１つのかさ歯車とこれにかみ合う対向した一
   対の差動かさ歯車とで構成した２軸揺動部と、この２軸
   揺動部に設けられ、かつ２軸揺動部の１つの揺動を許容
   する切欠き溝を有する円板体とこの円板体を部分軸受に
   よって揺動可能に支持する支持部材と円板体を揺動させ
   る駆動手段とで構成した１軸揺動部とを備えたことを特
   徴とする３軸揺動装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の３軸揺動装置において
   、前記２軸揺動部を構成する１つのかさ歯車の軸は、つ
   かみ装置に連結していることを特徴とする３軸揺動装置
   。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の３軸揺動
   装置において、前記２軸揺動部を構成する一対の差動か
   さ歯車の軸は、それぞれ揺動モータに連結していること
   を特徴とする３軸揺動装置。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の３軸揺動装置において、前記駆動手段は円板体に連
   結したベルトと、このベルト端に連結シ、かつ支持体に
   設けたシリンダとで構成したことを特徴とする３軸揺動
   装置。