JPS6116599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明はパワーマニピユレータの改良に関し、
手首に相当する部分の小形化および信頼性の向上
を企図したものである。

Ｂ 発明の概要 本発明はパワーマニピユレータにおいて、複数
の中空の連結部材を互いに自在継手により連結し
て屈曲腕を構成し、その内部に球面軸受を介して
相対回転可能に取付けられ互いが連結部材の中間
部で自在継手により連結された複数のハンド操作
軸を設け、基台側で屈曲腕を回転させることでそ
の先端に取付けられたハンドを回転させ、ハンド
操作軸を回転させることでその先端に取付けられ
たハンドの操作軸を回転させると共に、屈曲腕の
基端の一部を傾動させることで屈曲腕全体を屈曲
することができるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 従来から、悪環境下での作業や危険物を取扱う
作業、あるいは作業者が直接立入ることのできな
い狭小部での作業のためロボツト形式や固定形式
のパワーマニピユレータが使用されており、細か
い作業や複雑な作業までも行なわせている。

このようなパワーマニピユレータでは、例えば
実開昭53―104768号公報や特開昭52―111158号公
報に示されているように、人間の腕あるいは手首
に相当する部分が任意の方向に屈曲できるように
したものが考えられている。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 ところが、このようなパワーマニピユレータの
構造は、腕あるいは手首自体の屈曲や回転は基台
内に設けられたアクチユエータで駆動することが
できるが、その先端に取付けられて直接作業を行
う指部分（ハンド）を基台側から駆動することは
できなかつた。すなわちハンドの駆動機構は手首
部分より先端に設けねばならず、手首部分の大形
化を招き、狭小部への挿入が困難となつたり、作
業範囲が制約されるという問題点があつた。

一方、ハンドの操作を基台内から行なえるよう
フレキシブルなワイヤやロープ等を腕や手首内部
に貫通させて配置したものもあるが、ワイヤやロ
ープ等では伸びやたるみが存在し確実な操作がで
きなかつたり、損耗のため切断してしまうことも
多いという問題点があつた。

本発明はかかる従来の問題点を解決し、手首に
相当する部分の小形化をはかるとともに操作が確
実で信頼性の高いパワーマニピユレータの提供を
目的とする。

Ｅ 問題点を解決するための手段 かかる目的を達成するための本発明にかかるパ
ワーマニピユレータの構成は、基台とハンドとが
屈曲腕を介して連結されたパワーマニピユレータ
において、前記屈曲腕は中空の複数の連結部材が
自在継手により互いに連結されてなり、基端の前
記連結部材が前記基台に回動自在に取付けられる
と共に先端の前記連結部材が自在継手により前記
ハンドと連結される一方、前記連結部材の中間部
で自在継手により互いに連結された複数のハンド
操作軸が該連結部材内に配設され、基端の前記ハ
ンド操作軸は前記基端の連結部材に回動自在に取
付けられると共に該連結部材とそれと隣接する前
記連結部材とを連結する前記自在継手と同心の球
面軸受により該連結部材に相対回転可能に支持さ
れる一方、それより先端側の前記ハンド操作軸は
隣接する２つの前記連結部材に跨つてそれらを連
結する前記自在継手を挾んで両側に位置する一対
の球面軸受により該連結部材に相対回転可能に支
持されると共にその長さを伸縮可能とし、先端の
前記ハンド操作軸は前記ハンドを操作する操作軸
と前記先端の連結部材の中間部で自在継手により
連結されると共に該操作軸は該ハンドと該連結部
材とを連結する前記自在継手と同心の球面軸受に
より該連結部材に相対回転可能に支持され、さら
に前記基端の連結部材及び前記基端のハンド操作
軸をそれぞれ回転駆動するアクチユエータが前記
基台内に収納される一方、前記基端の連結部材と
隣接する前記連結部材の外周に屈曲枠が回動自在
に取付けられると共に該屈曲枠を傾動させるアク
チユエータが前記基台内に設けられたことを特徴
としている。

Ｆ 作用 基端の連結部材を回転駆動するアクチユエータ
の作動により屈曲腕が回転し、その先端のハンド
が回転する。またそれとは独立して、基端のハン
ド操作軸を回転駆動するアクチユエータの作動に
よりハンド操作軸が回転し、ハンドの操作軸を回
転させてハンドの開閉動作等がなされる。一方、
別のアクチユエータで屈曲枠を傾動させると、基
端の連結部材に対してその隣りの第２の連結部材
が屈曲枠と共に傾く。基端のハンド操作軸とその
隣りの第２のハンド操作軸との連結部が第２の連
結部材の中間部に位置していることから、第２の
連結部材の傾動により第２のハンド操作軸は第２
の連結部材に対して傾くこととなる。この第２の
ハンド操作軸はこの第２の連結部材とその隣りの
第３の連結部材に跨つてそれらを連結する自在継
手を挾んで両側に位置する球面軸受により支持さ
れているので、第２のハンド操作軸の傾動により
第３の連結部材は第２の連結部材に対して傾斜し
かつ第２のハンド操作軸は第３の連結部材に対し
て傾く。このとき、第２及び第３の連結部材の傾
斜に伴つて第２のハンド操作軸の両端間距離が変
化するが、これはハンド操作軸が伸縮することで
吸収される。第２のハンド操作軸が第３の連結部
材に対して傾くことにより、前述と同様にその先
の連結部材やハンド操作軸が順次傾動しあるいは
ハンドやその操作軸が傾動し、従つて屈曲枠を傾
動させることで屈曲腕全体が屈曲する。

Ｇ 実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

第１図および第２図は本発明のパワーマニピユ
レータの一実施例にかかる腕部分の縦断面図であ
り、第１図は屈曲状態を、第２図は伸びた状態を
それぞれ示す。

ロボツト本体や固定台等に取付けられる中空の
基台１の先端部内周に形成されたフランジ１ａに
２個の軸受２，２ａが取付けてあり、この軸受
２，２ａを介して基端部外周に歯車３ａを具える
とともに先端部にホーク状の連結部３ｂを備えた
中空の第１の連結部材３が回動自在に取付けてあ
る。そして、この第１の連結部材３の連結部３ｂ
と、基端部が中空であるとともに先端部にホーク
状の連結部４ａを具えた第２の連結部材４とが中
心孔を有する自在継手５で連結され屈曲できると
ともに一体に回転できるようにしてあり、この第
２の連結部材４の外周に軸受６を介して屈曲用の
屈曲枠７が相対回転可能に設けてある。

そして、この第２の連結部材４と第３の連結部
材８の基端部が中心孔を有する自在継手９で連結
され屈曲自在かつ一体回転可能としてある。この
第３の連結部材８も中空とされ、この第３の連結
部材８の先端部に開閉駆動される一対の把持部材
１０，１０ａを具えたハンドル１１のホーク状の
連結部１１ａが中空の自在継手１２で連結してあ
り屈曲および一体回転が可能としてある。こうし
て、基台１とハンドル１１とを連結する屈曲腕１
３が第１、第２、第３の連結部材３，４，８で構
成される。この屈曲腕１３を回転させてハンドル
１１を回転するため基台１の内部にピニオン歯車
１４を具えたモータ１５が取付けてあり、第１の
連結部材３基端部外周の歯車３ａを回転駆動す
る。また、屈曲腕１３を屈曲させるため、第２の
連結部材４外周の屈曲枠７の基端部の周方向等間
隔に往復動可能な３個（図では１個のみを示し
た）の流体圧シリンダ１６のロツド１６ａの先端
部が位置するよう回動自在に取付けてあり、流体
圧シリンダ１６は基台１内に取付けてある。した
がつて、３個のロツド１６ａの長さを任意に調整
することで屈曲枠７を傾動させて、第２の連結部
材４を基台１や第１の連結部材３に対して屈曲さ
せることができる。

次に、ハンド１１の一対の把持部材１０，１０
ａを開閉する駆動機構を説明するが、まず、ハン
ド１１について説明する。

このハンド１１は、把持部材１０，１０ａのそ
れぞれが二組の平行リンク１７，１７ａの先端部
に回動自在に取付けられ、二組の平行リンク１
７，１７ａの基端部がハンド１１に回動自在に取
付けられるとともに内側のリンクがそれぞれウオ
ームホイル１８に固着してあり、このウオームホ
イール１８の中間部にウオーム１９が取付けられ
た操作軸２０が位置し、ハンド１１に取付けた軸
受２１，２１ａによつて回転自在に支持してあ
る。したがつて、操作軸２０を回転することでウ
オーム１９およびウオームホイール１８を介して
平行リンク１７，１７ａ先端部の把持部材１０，
１０ａを開閉できるのである。

この操作軸２０を基台１内から操作するため、
屈曲腕１３の中心部に２重構造となるよう第１お
よび第２のハンド操作軸２２，２３が設けられ、
第１のハンド操作軸２２が第１の連結部材３の中
心部に軸受２４，２４ａで回動自在に取付けら
れ、さらに自在継手５の中心孔に取付けた球面軸
受２５を貫通して第２の連結部材４の中間部に先
端が位置する一方、この第１のハンド操作軸２２
の基端部は第１の連結部材３の歯車３ａにボルト
で固定されたモータ２６と連結され、回転駆動さ
れる。第２のハンド操作軸２３は、自在継手９を
挾んでその両側に位置する第２の連結部材４およ
び第３の連結部材８にそれぞれ取付けた球面軸受
２７，２８によつてこれら第２の連結部材４と第
３の連結部材８とに跨がつて支持される。この第
２のハンド操作軸２３の基端部は第２の連結部材
４の中間部において第１のハンド操作軸２２と自
在継手２９で連結されると共に、その先端部は第
３の連結部材８の中間部において前述のハンド１
１の操作軸２０と自在継手３０で連結されてい
る。操作軸２０は自在継手１２の中心孔に取付け
られた球面軸受３１で支持されている。この第２
のハンド操作軸２３の中間部には屈曲腕１３の屈
曲にともなう軸方向の長さの変化を吸収するため
スプラインやキーを用い回転力は伝達し得る伸縮
部２３ａが設けてある。

したがつて、モータ２６を回転することで第１
および第２のハンド操作軸２２，２３を屈曲腕１
３とは独立して回転してハンド１１の操作軸２０
を回転させることができる。

尚、モータ１５およびモータ２６はそれぞれ相
手側のモータの反力トルクを受けるため、図示し
ない内蔵のブレーキ等によつて逆転しないよう考
慮してある。

以上のように構成されたマニピユレータでは、
２つのモータ１５および２６をそれぞれ独立して
回転することで屈曲腕１３の回転およびハンド１
１の開閉をそれぞれ行なうことができる。さら
に、流体圧シリンダ１６の伸縮によつて屈曲腕１
３を屈曲させることもできる。すなわち、流体圧
シリンダ１６を作動させて屈曲枠７を傾動させる
とそれに伴つて第２の連結部材４が第１の連結部
材３に対して傾く。すると、第１のハンド操作軸
２２と第２のハンド操作軸２３との連結部が第２
の連結部材４の中間部に位置していることから、
第２の連結部材４の傾動により第２のハンド操作
軸２３は第２の連結部材４に対して傾くことにな
る。この第２のハンド操作軸２３の傾動により第
３の連結部材８は第２の連結部材４に対し傾斜し
かつ第２のハンド操作軸２３は第３の連結部材８
に対して傾く。第２のハンド操作軸２３が第３の
連結部材８に対して傾くことにより、先端のハン
ド１１が傾動し、従つて屈曲枠７を傾動させるこ
とで屈曲腕１３全体を屈曲させることができる。
そして、実際に使用する場合には、例えば、第３
図に示すように基台１を揺動アーム３２等に取付
けている。

尚、上記実施例ではハンド操作軸を２本とし、
２個の自在継手で連結してあるため、通常、自在
継手１個当りの屈曲を45度以上とすることは伝達
効率や継手の強度上不適当であることから屈曲角
を大きくできず図示例では90度までが実用的であ
り、大きな屈曲角を得るためには連結部材やハン
ド操作軸の本数を増大すれば良い。また、屈曲用
のアクチユエータは少なくとも２個必要であり、
操作性等によつて増加すれば良い。

Ｈ 発明の効果 以上、実施例とともに具体的に説明したように
本発明によれば、マニピユレータの腕部分の屈
曲、回転およびハンドの操作を行なうための駆動
部分を基台内に収納したので腕部分や手首部分を
コンパクトにでき、狭小部での作業が可能となる
とともに作業範囲の制約もなくなる。また、動力
の伝達が自在継手であるユニバーサルジヨインと
で行なわれるため効率が良く、確実な伝達とな
る。また、屈曲等についてもワイヤ等を使用しな
いため、伸びやたるみも無く確実に操作でき信頼
性の向上ともなる。また、駆動部分を集中して収
納できるため配線が容易となり、製作や保守も容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のマニピユレータ
の一実施例にかかる腕部分の縦断面部分であり、
第１図は屈曲状態を、第２図は伸長状態をそれぞ
れ示す。第３図は本発明の応用例を示す斜視図で
ある。 図面中、１は基台、３，４，８は連結部材、
５，９，１２は自在継手、１０，１０ａは把持部
材、１１はハンド、１３は屈曲腕、１５，２６は
モータ、１６は流体圧シリンダ、２０は操作軸、
２２，２３はハンド操作軸、２３ａは伸縮部、２
５，２７，２８，３１は球面軸受、２９，３０は
自在継手である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基台とハンドとが屈曲腕を介して連結された
   パワーマニピユレータにおいて、前記屈曲腕は中
   空の複数の連結部材が自在継手により互いに連結
   されてなり、基端の前記連結部材が前記基台に回
   動自在に取付けられると共に先端の前記連結部材
   が自在継手により前記ハンドと連結される一方、
   前記連結部材の中間部で自在継手により互いに連
   結された複数のハンド操作軸が該連結部材内に配
   設され、基端の前記ハンド操作軸は前記基端の連
   結部材に回動自在に取付けられると共に該連結部
   材とそれと隣接する前記連結部材とを連結する前
   記自在継手と同心の球面軸受により該連結部材に
   相対回転可能に支持される一方、それより先端側
   の前記ハンド操作軸は隣接する２つの前記連結部
   材に跨つてそれらを連結する前記自在継手を挾ん
   で両側に位置する一対の球面軸受により該連結部
   材に相対回転可能に支持されると共にその長さを
   伸縮可能とし、先端の前記ハンド操作軸は前記ハ
   ンドを操作する操作軸と前記先端の連結部材の中
   間部で自在継手により連結されると共に該操作軸
   は該ハンドと該連結部材とを連結する前記自在継
   手と同心の球面軸受により該連結部材に相対回転
   可能に支持され、さらに前記基端の連結部材及び
   前記基端のハンド操作軸をそれぞれ回転駆動する
   アクチユエータが前記基台内に収納される一方、
   前記基端の連結部材と隣接する前記連結部材の外
   周に屈曲枠が回動自在に取付けられると共に該屈
   曲枠を傾動させるアクチユエータが前記基台内に
   設けられたことを特徴とするパワーマニピユレー
   タ。