JPS609676A - マニピユレ−タの構造体 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はマニピュレータの構造体に係り、特に構造体そ
れ自体が関節機構を内包しているマニピュレータの構造
体に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、多関節形のマニピュレータとしては、差動歯車や
ワイヤを用い動力伝達嘔せて駆動させるものが多く、マ
ニピュレータの関節や腕の中には歯車、ワイヤ、プーリ
、あるいはアクチュエータ等が内蔵されている。このた
め、構造が複雑でメンテナンスが容易でないという難点
がある。

また、原子力発電プラント等の高放射能環境下において
は、各種の点検作業を無人化することが要請されるが、
このような点検装置のマニピュレータはその先端にイメ
ージファイバや放射線モニタ等の各種点検機器を集中式
せる必要があシ、これら各機器の信号ケーブルは、マニ
ピュレータ内を通して架台側に引出す必要がある。とこ
ろが、従来のマニピュレータでは、その内部に歯車、ワ
イヤ、あるいはアクチュエータ等が多数組込まれている
ため、多くの信号ケーブルを通すことは困難である。

〔発明の目的〕

本発明はかかる現況に鑑みな芒れたもので、構造および
メンテナンスが簡単で、マニピュレータ内部に多数のケ
ーブルを通すことが容易であり、また多関節のマニピュ
レータを構成することが容易で、しかも高い剛性および
高速作動性が得られるマニピュレータの構造体を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は前記目的を達成する手段として、マニピュレー
タの軸方向に所要間隔で配された一対の作動リンクと、
両作動リンクをマニピュレータの軸方向に連結する一対
の連結リンクと、両リンクの任意の３頂点を角度変位自
在に連結する可動ジヨイントとから四辺リンク機構を構
成し、少なくとも一方の連結リンクの長さＹ？ａ１節可
能として両作動リンクのなす角度を可変とし、構造体自
体が関節機構を内包するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明Ｙ第１図から第４図に示す一実施例に基づい
て説明する。

第１６は多関節マニピュレータを有する点検装置の一例
を示すもので、この点検装置は、先端にテレビカメラ１
が取付けられたマニピュレータ２と、駆動装置３を内蔵
する架台４とを備えている。

前記マニピュレータ２の内部には、第２図に示すように
マニピュレータ２の軸方向に所要間隔で配されたドーナ
ツ円板状の複数の基板５．相隣る一対の基板５間に対向
して配置され側基板５をマニピュレータ２の軸方向に連
結するリンク棒６およびＲ−ルねじ７．およびボールね
じ７に前記駆動装置３の駆動力をマニピュレータ２内を
通して伝達する可撓性の伝動軸８等が組込まれておシ、
相隣る２枚の基板５とこれらの間に配置れたリンク棒６
およびボールねじ７とによシ、側基板５のなす角度を変
化させる四辺リンク機構を構成している。

すなわち、前記リンク棒６の一端は、第３図に示すよう
に図中下端側の基板５に直角状に固設されておシ、また
リンク棒６の他端は、図中上端側の基板５に回転ジヨイ
ント９ン介して角度変位自在に連結されている。この図
中上端側の基板５にはまた、ボールねじ７０ポールナツ
）１０が回転ジヨイント９を介して角度変位自在に連結
されておシ、このボールナラ）１０に先端側が螺装され
るダールシャフ）１１０基端部は、第３図に示すように
図中下端側の基板５に回転ジヨイント９を介して角度変
位自在に連結され、ボールシャフト１１ヲ回転駆動する
前記伝動軸８は、前記回転ジヨイント９に連結されたガ
イドチューブ１２に内装されている。そして第３図中上
端側の基板５は、ゾールシャフト１１の回転にょシリン
ク棒６先端の回転ジヨイント９位置を支点として図中上
下に揺動し、これによシ両基板５のなす角度が変化する
ようになっている。

このように構成された四辺リンク機構は、第２図に示す
ように基板５ン共層にしてマニピュレータ２の軸方向に
複数連設されており、相隣る四辺リンク機構のリンク棒
６およびボールねじ７は、軸Ｍｈに（イ）度ずつずらせ
て設置されている。そしてこれによシ、マニピュレータ
２は三次元空間を自由に動くこと恋できる多関節形とし
て構成されている。

しかして前記各四辺リンク機構は、マニピュレータ２の
骨格構造体となっているとともに、それ自体として関節
構造体ともなっている。

次に第４図８　”’−ｅを参照して作用について説明す
る。

第４図は第３図に示す四辺リンク機構を模式的に示すも
ので、通常状態、すなわちマニピュレータ２が直状をな
している場合には、内基板５は第４図（ｂ）に示すよう
に平行状態となっている。

この状態からボールねじ７０ボールシヤフト１１を伸長
方向に回転させると、第４図（ａ）に示すように図中上
端側の基板５はリンク棒６上端の回転ジヨイント９位置
ヲ支点として図中上方に揺動する。

逆に、ボールねじ７０ボールシヤフト１１ヲ縮小方向に
回転芒せると、第４図（ｃ）に示すように図中上端側の
基板５はリンク棒６上端の回転ジヨイント９位置を支点
として図中下方に揺動する。

しかして、第４図中上端側の基板５ヶ介し上側の軸線０
１は、下側の軸線０２に対して図中左右方向に折れ曲が
り、この部分に自由度ｌの関節が形成される。そしてこ
の関節は、第２図に示すようにマニピュレータ２内に複
数組込まれ、しかも各関節の折れ曲がり方向が相互に匍
度ずれているので、マニピユレータ２全体としては、三
次元空間を自由に動くことができる多関節のアームとし
て構成される。

しかして、ギヤやジーり等広い容積を必要とする構成要
素を全く用いることなくマニピュレータ２Ｙ構成するこ
とが可能となシ、しかもドーナツ円板状の基板５を用い
ることにより内部に大きな空間が形成されるので、イメ
ージファイバや信号線等の多数のケーブルを内部に通す
ことができる。

また、マニピュレータ２内にアクチュエータやギヤ等が
全くないため、軽量、小型化が可能となり、しかもリン
ク機構により構成されるため剛性が高く、メールねじ７
側にエンコーダ等の回転角計測用のセンサ２設けること
により可撓性を有する伝動軸８を用いた動力伝達にもか
かわらず極めて高精度で高速の位置決めが可能となる。

また、部品点数が少なく構造も単純でろ否ため、従来の
ものに比較して信頼性および保守性を大幅に向上させる
ことが可能と彦る。

第５図から第７図は、前記実施例のそれぞれ異なる変形
例を示すもので、四辺リンク機構の４頂点のうち回転ジ
ヨイント９が用いられる３頂点の位置を相互に異ならし
めたものである。

すなわち、各四辺リンク機構は、第５図ないし第７図に
示すようにドーナツ円板状をなす２枚の基板５と、リン
ク棒６と、ボールナツト１０およびボールシャフト１１
からなるボールねじ７とから構成されてお９、ｙｌ−ル
シャフト１１は、ガイドチューブ１２に内装された可撓
性を有する伝動軸８により駆動されるようになっている
。そして第５図に示す変形例の場合には、リンク棒６の
両端部位置およびボールナツト１０位置に回転ジヨイン
ト９が設けられ、また第６図に示す変形例の場合には、
リンク棒６の両端部位置およびボールシャン）１１部位
置３箇所に回転ジヨイント９が設けられ、さらに第７図
に示す変形例の場合には、リンク棒６の図中下端部位置
、Ｉ−ルナシト１０位置、およびボールシャフト１部位
置の３箇所に回転ジヨイント９が設けられている。

しかしてこのように構成しても、前記第１実施例と同様
の操作によシ同様の効果が期待できる。

第８図は本発明の他・の実施例を示すもので、前記実施
例およびその変形例におけるボールねじ７に代え、可撓
性ン有するパイプ１４ン介して供給爆れる流体圧によシ
作動する流体圧ピストン１３を用いて四辺リンク機構ン
構成するようにしたものである。

すなわち、第８図に示す四辺リンク機構は、ドーナツ円
板状の２枚の基板５と、回転ジヨイント９を介して両端
が内基板５に連結嘔れたリンク棒６と、シリンダ１３．
Ｌが図中下端側の基板５に固設されるとともにピストン
ロッド１３ｂ先端が回転ジヨイント９を介して図中上端
側の基板５に連結された流体圧ピストン１３とから構成
されており、流体圧ピストン１３の伸縮動によシ前記両
基板５相互のなす角度が変化するようになっている。

しかして、ぎ−ルねじ７に代えて流体圧ピストン１３を
用いた場合、特に流体として空気を用いた場合には、ボ
ールねじ７に比較して四辺リンク機構としての剛性は稍
劣るが、流体として油等の液体を用いた場合にはかなシ
の剛性が得られ、しかも伝動軸８よシも動力伝達の損失
が少なく、応答性のよいマニピュレータが得られる。

また空圧ピストンの場合には、マニピュレータの力の制
御が必要な場合に便利で、空圧を制御することによシ容
易にマニピュレータの力を制御することができ、またマ
ニピュレータをよシ軽量化することができる。

第９図は本発明の更に他の実施例を示すもので、前記第
１実施例における伝動軸８に代え、ボールねじ７を駆動
するモータ１５ヲ直接四辺リンク機構内に組込んだもの
である。

すなわち、第９図に示す四辺リンク機構は、ドーナツ円
板状の２枚の基板５と、回転ジヨイント９を介して両端
が内基板５にそれぞれ連結されたリンク棒６と、ゾール
ねじ７とから構成されておインド９を介して図中上端側
の基板５に連結されているとともに、ボールねじ７０ボ
ールシヤフト１１は、ベアリング１６ヲ介して図中下端
側の基板５に回転自在に直角状に取付けられている。

一方、図中下端側の基板５の上面中央部にはモータ１５
が設置されており、この七−夕１５の出力軸に止着され
たギヤ１７は、前記ボールシャフト１０下端に止着した
ギヤ１８と噛合している。そして、Ｎ　−ルねじ７は、
モータ１５の正逆回転駆動によシ正逆作動し、内基板５
の相互のなす角度を変化させるようになっている。

しかして、四辺リンク機構内にモータ１５ヲ組込むこと
によシ、マニピュレータの軽量小型化に劣るとともに、
内部にケーブルを通すことも必ずしも容易でないが、マ
ニビュＶ−夕の各関節部のユニット化が可能となり、こ
れによシ各関節の保守。

点検が容易になるとともに、マニピュレータの標準化が
可能となる。またボールねじ７と直結したモータ１５で
駆動するので、前記実施例における伝動軸８に比較して
伝達損失を少なくして高効率から高応答性のマニピュレ
ータとすることができ、剛性の高い高速性のマニピュレ
ータが得られる。

第１０図は第９図の実施例の変形例を示すもので、モー
タ１５’＆図中上端側の基板５の下面に設け、かつｉ−
ルねＬ７のゼールシャフトＩＩＹ回転駆動するのではな
くボールナツトｉｏｖ回転駆動するようにしたものであ
る。

すなわち、第１０図に示す四辺リンク機構は、ドーナツ
円板状の２枚の基板５と、両端が回転ジヨイント９を介
して内基板５にそれぞれ連結されたリンク棒６ｔ！：、
ｙｊ＃−ルシャフト１１が回転ジヨイント９を介して図
中下端側の基板５に連結されるとともにボールナツト１
０がＲアリフグ１６を介して図中上端側の基板５に回転
自在に軸心が直角状に取付けられた？−ルねじ７とから
構成されている。

一方図中上端側の基板５の下面中央部にはモータ１５が
取付けられており、とのモータ１５の出力軸に止着され
たギヤ１７は、前記ボールナツト１０上に固設された中
空状のギヤ１８と噛合している。そして前記モータ１５
の正逆回転駆動によりボールねじ７が作動し、内基板５
の相互のなす角度が変化するようになっている。

しかしてこのように構成しても前記第３実施例と同様の
効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、マニピュレータの軸方向
に所要間隔で配された一対の作動リンクと、両作動リン
クをマニピュレータの軸方向に連結する一対の連結リン
クと、両リンクの任意の３頂点を角度変位自在に連結す
る可動ジヨイントとから四辺リンク機構を構成し、少な
くとも一方の連結リンクの長さ乞調節可能として両作動
リンクのなす角度乞可変としているので、簡単な構造で
多関節のマニピュレータを容易に構成することができる
。

また四辺リンク機構がマニピュレータの構造体をなすと
ともにそれ自体が関節機構となっているので、高い剛性
と高速作動性とが容易に得られる。

またマニピュレータの構造が簡素化されるので、内部に
多数のケーブルン通したシ、あるいは各関節部にその駆
動源を各別に組込んでユニット化しマニピュレータの標
準化ン図ることが極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節マニピュレータを有する点検装置の一例
を示す全体図、第２図は第１１に示すマニピュレータの
内部構造を示す斜視図、第３図はマニビュＶ−夕を構成
するーの四辺リンク機構ン示す部分断面図、第４図（ａ
）　、　（ｂ）　、　（ｅ）は四辺リンク機構の動作を
示す模式図、第５図から第７図は第３図に示す四辺リン
クａ！構の異なる変形例ビそれぞれ示す部分断面図、第
８図は本発明の他の実施例〉示す四辺リンク機構の部分
断面図、第９図は本発明の更に他の実施例を示す四辺リ
ンク機構の部分断面図、第１０図は第９図の変形例２示
す四辺リンク機構の部分断面図である。 ２・・・マニピュレータ、５・・・基板、６・・・リン
ク棒、７・・・ボールねじ、８・・・伝動軸、９・・・
回転ジヨイント、１０・・・ゾールナツト、１１・・・
ボールシャフト、１３・・°流体圧ピストン、１３６・
・・シリンダ、１３ｂ・・・ピストンロッド、１４・・
・パイプ、１５・・・モータ、１６・・・イアリング、
１７　、１８・・・ギヤ。 出願人代理人　猪　股　清 第１図 第２図 第３図 第４図 （ｂ） （Ｃ） 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１ｏ図 手続補正書（方式） 昭和田作り１月？日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１１８５２７号 ２、発明の名称 マニピュレータの構造体 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 （３０７）　東京芝浦電気株式会社 昭和郭年１０月１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　マニピュレータの軸方向に所要間隔で配された一対
   の作動リンクと、両作動リンクをマニピュレータの軸方
   向に連結する一対の連結リンクと、両リンクの任意の３
   頂点を角度変位自在に連結する可動ジヨイントとから四
   辺リンク機構を構成し、少なくとも一方の連結リンクの
   長さを調節可能として両作動リンクのなす角度を可変と
   したことを特徴とするマニピュレータの構造体。 ２両作動リンクをドーナツ円板状に形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のマニピュレータの構
   造体。 ３長さ調節可能な連結リンクｙ＜ｙｇ−ルねじで構成し
   、とのダールねじｔ、マニピュレータ内ニ配した可撓性
   回転軸を介してマニピュレータ外の駆動源で駆動するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のマニピュレータの構造体。 ４長さ調節可能な連結Ｖンクχボ・−ルねじで構成し、
   このボールねじを、一方の作動リンクに設置した駆動源
   で駆動することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のマニピュレータの構造体。 ５長さ調節可能な連結リンクを流体圧ピストンで構成し
   、この流体圧ピストンを、マニピュレータ内に配した可
   撓性チューブを介してマニピュレータ外の流体圧源に接
   続したことＺ特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のマニピュレータの構造体。