JPS5964287A - マニピユレ−タ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概してマニピュレータ装置に関し、さらに評言
すれば、肩、上腕、前ｉおよび手首のような人体の成る
運動を模倣する作業ができる遠隔制御可能なマニピュレ
ータ装置に関する。

遠隔な位置での種々の製造機能、材料の搬送などを遂行
するため成る位置における制御部材がら遠隔な位置に所
望の動作を伝達する多くのマニピュレータ装置がこれま
でに提案された。また、人体の動作、特に肩お」：び腕
が模倣され得るマニピュレータ装置を提供する企てがな
されてきた。このような従来の装置では、隣接したアー
ム部分間の移動は、例えばベベルギヤ、ウオームギヤ、
リンク、ケーブルなどのように、一つのアーム部分から
回動機構を介し他のアーム部分への機械的運動の伝達の
ための装置を要する回動機構を通して生じる・このよう
な従来の構成は固有の構造により融通性の点で特に限定
され、且つ比較的高価で煩雑である。

本発明の目的は移動の融通性が大きく、比較的単純で安
価であり、この装置の他の部分に影響を与えないでアー
ム部分の付加または除去を可能にするマニピュレータ装
置を提供することである。

本発明の主要な態様によれば、遠隔制御し得る回動機構
によって連続して接続された複数の可動のアーノ・部分
を含むマニぎユレータ装置が提供される。各回動機構は
電力または流体動力を伝達する装置を除いて自足的なも
のである。この構成により、マニピュレータのアーム部
分を互に連結する機械的運動の伝達要素を不要にし、そ
れにより個々の回動機構に伝達される電力または流体動
力を簡単釦制御すること罠よって移動の大き１工融通性
が可能になる。

次に図面を参照のもとに本発明の好適な実施例を説明す
る。第１図、第２図には、全体として１０で示された本
発明のマニピュレータ装置の一つの形態が図式的に示さ
れＣいる。この装置はベース１２と、連続して接続され
た複数のアーム部分１４．１６ｉ８，２０を含む。この
装置のベース１２は適当ン【支持体２２に固定されるが
、ねじ回し、ジョー、溶接工具、材料搬送容器などのよ
゛）ン゛よ物品２４は外側のアーム部分２０に取付けら
れるウ マニピ」レーク装置の各アーム部分は回動機構２６を備
えている。その機構２６は同一である。

各回動機構は第１図に示すアーム部分１４のようなそれ
ぞれのアーム部分を、長手軸線２８およびぞの長手軸線
に垂直な横軸線３０のまわりに回動するのを可能にし、
事実上、各機構２６におけるユニバーサルジヨイントに
なっている。各回動機構は一対のモータを含み、それら
のモータは電力または流体動力によって遠隔位置から作
動され得、一つのモータの駆動軸は長手軸線２８と同心
であり且つ他のモータの駆動軸は横軸線３０と同心であ
り、これらのことは第６図ないし第８図に例示された本
発明の好適な実施例の記載から十分に理解されよう。

マニピュレータ装置１０のアーム部分１４に関連した回
動機構２６はベース１２によって支持される。次のアー
ム部分１６に関連した回動機構は固だの、即し非回転継
手要素または軸３２によってアーム部分１４の外端に接
続される。アーム部分１８と２０の回動機構はまた「固
定の」軸または類似の継手装置によってその前のアーム
部分に接続される。従って、本発明のマニピュレータで
は一つのアーム部分から他のアーム部分に機械的な運動
は伝達されない。各アーム部分はそれ自体の回動機構２
６を備え、その回動機構はアーム部分の枢動をとくに妨
害しない可撓性のラインを介して伝達され得る電力また
は流体動力（液圧または空気圧）によってのみ作動され
る程度まで自足的である。それ故、本発明のマニピュレ
ータは第２図に示す程度に複合的な移動が可能であり、
第２図のものではマニピュレータ１０のベース１２は支
持体２２の頂部に取付けられるが、外側のアーム部分２
０の物品２４は支持体２２の下のみでなく支持体の底部
に取付げられた工作物３４に対しても機能を遂行し得る
。また本発明のマニピュレータ装置では、アーム部分は
他のアーム部分に影響を与えないでこの装置に付加した
り、装置から除去することができ、それによってこの装
置の意図された用途に依ってマニぎユレータ装置の変形
を容易にすることが理解されよう。

次に第６図ないし第８図を参照すれば、そこには全体的
に４０で示された本発明によるマニピュレータ装置の構
造がさらに詳細に示され、その装置は第１図および第２
図に例示したものでは４つのアーム部分があるが、基本
的には６つのアーム部分を含む。第６図に見られるよう
に、マニピュレータ４０は支持体４４に固定されたベー
ス４２と、−ヒ部アーム４８を備えた肩囲動機構４６と
、前腕５２を備えたエルボ回動機構５０と、物品支持ア
ーム５６を備えた手首回動機構５４を含む。

これらの回動機構４６，５０．５４は同一であってもよ
く、且つ第１図および第２図に示した回動機構２６に一
致したものでもよい。

ベース４２は上方に延びる中空部６０を含み、その中空
部は筒状の支軸６４を受ける円筒状の孔６２を有する。

その軸は相対的な回動を防ぐため、図示しないセットね
じ等によってベース４２に固定される。固定された同様
な支軸６４がマニピュレータのアーム部分４８および５
２の外端と次の回動機構５０および５４との間にそれぞ
れ備えられている。ベース４２に関連した軸６４の下端
はベースの内部に入り、それによりケーブル６６はベー
スおよび軸６４を通過して肩囲動機構４６に入る。同様
なケーブルが回動機構５０および５４に関連した支軸６
４を通過する。これらのケーブルは回動機構における電
気モータを制御するため電導体を導びく。もしモータが
流体駆動されるならば、ケーブルは可撓性の流体搬送導
管である。

各回動機構は全体として中空の長方形の支持体６７を含
み、その支持体はプラスチック軸受７２と７４によって
筒状の軸６４に接合される上部板６８と下部板７０を含
む。このように、支持体は軸６４によって限定されるよ
うな垂直軸線のまわりに回動することができる。ハブγ
６は第４図に最もよく見られるように、軸６４に取付け
られ且つセットねじ７Ｂによって固定される。ギヤ８０
はハブ７６に固定される。

支持体６７は一対のＤＣ型の可逆電気モータ８２と８４
を支持し、且つ各モータはそれぞれ減速機８６と８８に
取付けられる。モータ８２の減速機は出力軸９２に取付
けられた出力ピニオンギヤ９０を含み、モータ８４は出
力軸９４と一ニオン９６を回転する。それらのピニオン
が取付けられた減速機駆動軸は第６図に最もよく見られ
るように、支持体６７に取付けられた外側ブラケット９
８と１００によって支持される。モータ８２はその出力
軸９２が垂直に配置されるように取付けられ、第７図お
よび第８図に最も明瞭に見られるように、ギヤ８０の後
部においてピニオンギヤ９０とギヤ８０の係合を維持す
る。

支持体６７はまた、第６図および第５図に最も明瞭に示
すように、アーム部分が回動する水平軸線を限定する一
対の支軸１０２と１０４を含む。

支軸１０４は支持体の側板１０６に取付けられ、且つ支
軸１０２は支持体の側板１０８に取イ＝Ｊけられる。

支軸１０４は円筒形であり、且つ外側の軸受面を含み、
そこにプラスチックスリーブ軸受１０９が取付けられる
。その軸受はノ・プ部材１１０を回転自在に支持し、そ
の／・プ部材にギヤ１１２が固定されるので軸１０４は
そのギヤを回転自在に支持する。

肩囲動機構４６の支軸１０２と１０４の内側にそれぞれ
固定されたブラケットの脚１１４と１１６は上部アーム
４８を形成する。前腕５２は同様なブラケットによって
形成され、そのブラケットは下端においてエルボ回動機
構５０に接続される。

電気モータ８４は水平に設置され、それによって出力軸
９４は水平に配置され且一つそこに設けられたピニオン
ギヤ９６は、第６図中のエルボ回動機構５０のところに
最も明瞭に見られるように、ギヤ１１２に係合する。従
って、肩囲動機構４６のビニオンイヤ９６の回転により
、ギヤ１１２は支軸１０２と１０４を通過する水平軸線
のまわりに上部アーム４８を回動さぜるように回転され
る。

モータ８２によって機構４６のピニオンギヤ９０が回転
″４−ると、軸６４を通る垂直軸線のまわりに支持体６
７が回転され、従ってその軸線のまわりに上部アーム４
Ｂが回転する。そのため、回動機構４６は上部アームの
垂直および水平の両方の調整を可能にしている。

軸６４のまわりの支持体６７の回転はノ・プ７６の内側
に形成された７ランジ１２０に近接して設けられた止め
機構によって制限される。その止め機構は軸６４に設け
られたレバー１２４を含む。

そのレバーは第７図に示すように、側縁１３０と１３２
によって区画された可成りの幅の半径方向に延びる部分
１２８を含む。止めピン１３４はレバ一部分１２８の移
動路において上方に延びるノ・プのフランジ１２０に設
置される。レバ一部分１２８の半径方向長さは第７図１
６よび第８図に示すように、支持体の側板の端部１３６
と１３８に係合するのに充分なものになっている。従っ
て、支持体６７が軸［４に対し相対的に回転すると端゛
、／ 部１３６と１３８の一つはレバ一部分１２８に係合し、
且つ支持体がモータ８２により回転するにつれて軸のま
わりに同じ移動方向にレバー１２４を回転する。支持体
の時計方向の回動は第７図に示す関係が成立すると防止
される。この状態では支持板の端部１３６はレバ一部分
１２８の縁１３０に係合し、止めピン１３４は他方の縁
に係合する。

第７図および第８図において支持体６７を反時計方向に
回転すると、板の端部１３８が止め１３４に係合するレ
バ一部分１２８の縁１３２に係合するまで回動し、次い
で軸６４のまわりにレバーを反時計方向に回転し始める
。この反時計方向の回転は第８図に示す関係が成立する
まで続く。この状態では側縁１３０が止めピン１３４に
係合するまで端部１３８がレバ一部分１２８を回転する
。

上記の止め機構では、軸６４およびレバ一部分１２８の
幅に関する板の端部１３６と１３８の角度方向の変位は
、支持体６７が垂直軸のまわりにさらに回転しないよう
に拘束される前に支持体の約６８０度の回転が可能にな
るようになされる。

３８０度の回転はベースな貫通ずるケーブル６６が過度
にねじられるのを防止し、且つ導体リングおよびブラシ
が不要になる士、マニピュレータの所要の移動に適応す
るため水平方向の可成りの移動が許容される。

次に米国特許第２９．２６６号を参照されたい。

そこには本発明のマニピュレータ装置に利用される回動
機構に非常に似ている単一の回動機構を用いる遠隔制御
ライトが開示されている。しかし本発明のみが、それぞ
れ回動機構を備身、可成りの融通性があるマニピュレー
タ装置にするため連続して設置されるいくつかのアーム
部分の使用を教示し５ている。

上部アーｌ、４８の上部をエルボ回動機構５ｏに接続す
る支軸６４は上部アームのブラケットおよびエルボ回動
機構のギヤ８ｏに固定され、それによって上部アームと
前腕回動機構の間の非回転接続を実現していることに注
意さ１ｔたい。上部アーム４８から前腕５２に延びる唯
一の動力伝達要素はケーブル６６であり、エルボ回動機
構のモータを制御するため電導体がケーブルを貫通する
。従′つて、機械的なトルクのよう／Ｉ機械的な運動は
各種回動機構の間、またはそれらに設置されたアーム部
分の間ては伝達されない。前腕５２と手首回動機構５４
によって支持された物品支持アーム５６との間にも同じ
関係が在る。工具または容器のような物品はファスナー
１４２によって支持アーム５６の端部に取付けられる。

物品４２は第６図に示されたものではカップ０である。

第３図に全体的に示されたマニピュレータ装置は水の容
器を有するテーブルの側に設置されＣいる。このマニピ
ュレータ装置の回動機構の種々のモータを適当に操作す
ることによって、オペレータはそのカップを水の容器の
中に入れ、容器の外に上昇し、且つテーブルの下の位１
ｔｆｆｉ［移動１−、、そこでカップの内容物をテーブ
ルの下の容器に送入するためカップが逆にされる。従っ
て、このマニピュレータ装置は比較的単純で安価な組立
体で複雑な性質の多様な運動を行ない得ることが理解さ
れよう。所望により、手首回動機構５４に伝達される電
力は、前腕５２に接続された軸６４のまわりの手首機構
の無制限の回転を可能にするため導体リングおよびブラ
シを通して導びくこともでき、それによりマニピュレー
タの使用上の融通性を高めることができる。さらにアー
ムを伸縮するためマニピュレータ装置の−または複数の
アーム部分にはめ込み式の特徴を含めることができる。

はめ込み作用はアーム部分内の液圧シリンダ駆動によっ
て、または関連の回動機構内の第３の可逆モータおよび
適当なねじ機構（図示せず）によって行なうことができ
る。

マニピュレータ装置４０の回動機構４６，５０゜５４の
それぞれの対になったモータは米国特許第２９．２６６
号に開示されたものに類似の制御回路によって制御する
ことができる。また米国特許第３．８３５．２７０号に
開示されたような回動機構の各モータを制御するため操
縦枠制御装置を利用することもできる。さらにオペレー
タによって作動される唯一の単一な制御器を要するよう
にマニピュレータ装置の全てのモータを同時に制御し得
る電気的制御器を備えることも有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は４つの可動のアーム部分を備える本発明のマニ
ピュレータ装置の一つの形態を図式的に示す図、第２図
はマニピュレータ装置が設置される支持テーブルの下で
機能を遂行する位置に在る第１図の装置の図式的な図、
第６図は人間の腕を模倣するように構成されたアーム部
分と回動機構を有し、それらの回動機構は同一である本
発明によるマニぎユレータ装置の立面図、第４図は第３
図の線４−４に沿って取った断面図で、エルボ回動機構
の駆動部および支持部材の位置にとった拡大縦断面図、
第５図は回動機構の駆動ギヤの一つの取付部を示す第６
図の線５−５に溜って取った断面図、第５Ａ図は第６図
に示した肩口動機構の反対側を示す側面図、第６図は第
６図の線６−６に沿って取った断面図でエルボ回動機構
の支持体の（従断面図、そして第７図および第８図はそ
れぞれ第５図の線７−７に清って取った断面図で二つの
移動限の位置にｔ６げる支持体の市め装置を示す横断面
図である。 図中、１０・・・マニピュレータ装置、１４　、１６゜
１８．２０・・アーム部分、２４・・・物品、２６・・
・ピボット機構、２８・・・長手軸線、３０・・・横方
向の軸線、４２・・・ペース、４６・・・肩回動装置、
４８・・・上部アーム、５０・・・エルボ回動装置、５
２・・・前腕部分、５４・・・手首回動装置、５６・・
・物品支持装置、６４・・第１の軸、６７・・・支持部
材、８０・・・第１のギヤ、８２・・・第１のモータ駆
動装置、８４・・・第２のモータ駆動装置、１１２・・
・第２のギヤ。 代理人　浅　村　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）遠隔制御し得る回動装置によって連続して接続さ
   れた複数の可動のアーム部分を含み、各前記回動装置は
   電力または流体動力を伝達する装置を除いては自足的な
   ものであるマニピュレータ装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のマニピュレータ装
   置において、各前記回動装置は他の回動装置または前記
   アーム部分によって伝達される機械的運動がなくても作
   動し得るマニピュレータ装置。 （３）特許請求の範囲第１項に記載のマニピュレータ装
   置圧おいて、各前記回動装置は長手軸線および前記長手
   軸線に対し横方向の軸線のまわりにそれぞれの可動のア
   ーム部分を回動するように作動スルマニピュレータ装置
   。 （４）ペースと、前記ベースによって支持されて一端に
   おいて肩回動装置を有する上部アーム部分と、一端でエ
   ルボ回動装置を有し前記上部アーム部分の他端に接続さ
   れた前腕部分と、前記前腕部分の他端に接続された手首
   回動装置を有する物品支持装置を含み、前記肩回動装置
   、前記エルボ回動装置および手首回動装置は前記回動装
   置に伝達される機械的な運動がなくても長手軸線および
   横方向の軸線のまわりに前記上部アーム部分、前記前腕
   部分および前記支持装置をそれぞれ回動するように作用
   するマニピュレータ装置。 （５）　　ペースと、連続して接続された複数のアーム
   部分を含み、各前記アーム部分は長手軸線および前記長
   手軸線に対し横方向の軸線のまわりに前記アーム部分を
   回動する回動装置を備え、前記アーム部分の一つの前記
   回動装置は前記ベースによって支持され、他の各アーム
   部分の前記回動装置は隣接した前のアーム部分に接続さ
   れるマニピュレータ装置。 （６）特許請求の範囲第５項に記載のマニピュレータ装
   置において、前記他のアーム部分の回動装置は機械的な
   運動が伝達されない継手装置によって隣接した前のアー
   ム部分に接続されているマニピユレータ装置。 （力　特許請求の範囲第５項に記載のマニピュレータ装
   置において、各前記回動装置は電力または流体動力によ
   って単独に作動さ、ｌするマニぎユレータ装置。 （３）特許請求の範囲第５項に記載のマニピュレータ装
   置にお℃・て、各前記回動装置はそれらの駆動軸が互に
   直角に配置さノ１、ている一対の電気モータな含むマニ
   ピュレータ装置。 （９）特許請求の範囲第５項に記載のマニピュレータ装
   置において、各前記アーム部分の回動装置は池の回動装
   置および他のアーム部分とは独立に作動するマニピュレ
   ータ装置。 （１０）　　自由端および前記自由端を貫通する第１の
   軸を有するベースと、前記ペースに接続され前記第１の
   軸廻同心の第１のギヤと、前記第１の軸のまわりに回転
   し得るように前記ベースに取付けられた支持部材と、第
   １および第２の端部を有するブラケットと、前記第１の
   軸に垂直な第２の軸のまわりに揺動し得るように前記一
   端において前記ブラケットを枢動自在に支持する回動装
   置と、前記第２の軸のまわりに同心に配置されて前記ブ
   ラケットに接続された第２のギヤと、前記第１のギヤに
   作動的に係合して前記支持部材に取付けられた第１のモ
   ータ駆動装置と、前記第２のギヤに作動的に係合して前
   記支持部材に取付けられた第２のモータ駆動装置と、前
   記ブラケットに取付けられて自由端および前記自由端を
   貫通する第３の軸を有する支軸と、前記第６の軸に同心
   に前記支軸に接続された第６の一ギヤと、前記第６の軸
   のまわりに回転し得るように前記ペースに取付けられた
   第２の支持部材と、第１および第２の端部を有する第２
   のブラケットと、前記第６の軸に垂直に延びる第４の軸
   のまわりに揺動し得るように前記一端において前記第２
   のブラケットを枢動自在に支持する第２０回動装置と、
   前記第４の軸のまわりに同心に配置された前記第２のブ
   ラケットに接続された第４のギヤと、前記第６のギヤに
   作動的に係合して前記第２の支持部材に取付けられた第
   ２のモータ駆動装置と、前記第４のギヤに作動的に係合
   して前記第２の支持部材に取付けられた第２のモータ駆
   動装置と、前記第４のギヤに作動的に係合して前記第２
   の支持部材に取付けられた第２のモータ駆動装置を含む
   マニぎユレータ装置。 θｌ）特許請求の範囲第１０項に記載のマニピュレータ
   装置において、さらに物品を支持するため前記第２のブ
   ラケットの前記第２の端部に備えられた装置を含むマニ
   ピュレータ装置。