JPS61182788A - 関節機構 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明はロボットのアームや手首部分等に用いられる関
節機構の改良に関するものである。

「従来技術」 従来よりロボットの手首に用いられる機構は数多く存在
するが、例えば第３図に示した手首機構ではアームａの
先端に油圧アクチュエータｂを取り付け、この油圧アク
チュエータｂの駆動軸Ｃの先端に更に油圧アクチュエー
タｄを取り付け、この油圧アクチュエータｄの駆動軸ｅ
に工具などの作業対象物を取り付けたもので２自由度の
手首関節を構成している。

この場合、油圧アクチュエータｂの軸芯ｆはアクチュエ
ータａの軸芯に対して直角であり、かつ油圧アクチュエ
ータｄの軸芯ｆ′は前記軸芯ｆに対して直角となるよう
に構成されている。従って油圧アクチュエータｂの駆動
軸Ｃが軸芯ｆのまわりに回動し、かつ油圧アクチュエー
タｄの駆動軸ｅが軸芯ｒ′のまわりに回動すると、駆動
軸ｅに取り付けられた作業対象物が軸芯ｆのまわりに旋
回しつつ、軸芯ｆ′のまわりに旋回する。

このような２つの自由度を持つ手首機構では、２個の油
圧アクチュエータｂ、ｄを用いているため、各油圧アク
チュエータに対する油圧配管用の油圧ホースｇが必要で
ある。

「従来技術の問題点」 このように上記手首機構では、手首先端部分まで圧油を
供給する必要があるため、上記のような油圧ホースｇを
省略することが出来ず、アクチュエータｂ、ｄが駆動さ
れた時、油圧ホースｇが手首部分にからまりつく不都合
があり、またコスト高であると共に／［１３Ｉｌｉｉｌ
れなどの危険性があり、製品を汚したり、また火災の発
生を招くという問題点がある。また上記のような油圧ア
クチュエータのかわりに電気的なモーター等を採用した
場合には電気ケーブルが必要となり、コスト高及び漏電
の問題をも引き起こすことが考えられ、また油圧ホース
や電気ケーブルのいずれを使うにしてもに温の雰囲気下
では使用できないという欠点を有するものである。

「発明の目的」 従って本発明の目的とする処は、油圧ホースを省略して
一ヒ記の欠点を解消しうる関節機構を提供することであ
る。

「発明の構成」 上記目的を達成するために本硫明が要旨とするところは
、アーム先端に設けられ、このアームに固定された第１
の軸芯まわりの回転の自由度と、上記第１の軸芯に直交
する第２の軸芯まわりの回転の自由度と、」−記第２の
軸芯に直角で且つ第２の軸芯のまわりに揺動する第３の
軸芯まわりの回転の自由度とを有する関節機構およびア
ーム先端に設けられ、このアームに固定された第１軸芯
まわりの回転の自由度と、上記第１の軸芯に直交する第
２の軸芯まわりの回転の自由度と、上記第２の軸芯に直
角で且つ第２の軸芯のまわりに揺動する第３の軸芯まわ
りの回転の自由度とを有する関節機構であって、アーム
先端に設けられ上記第１の軸芯のまわりに回動駆動され
る回動部材と、上記回動部材を駆動する回動部材駆動手
段と、上記回動部材に固定された第１及び第２の油圧回
転アクチュエータと、上記回動部材に設けられ、各油圧
アクチュエータに接続された圧油通路と、上記第１及び
第２の油圧回転アクチュエータにより駆動され前記第２
の軸芯と同軸に設けられた差動歯車と、前記第３の軸芯
と同軸に設けられた前記差動歯車の出力軸とを有してな
る関節機構を提供するものである。上記構成要素中、回
動部材駆動手段は、それ自身油圧回転アクチュエータに
より構成してもよいが、更に後記する実施例に示した如
（、アームの根元部分に設けられたモータ等の駆動源に
より回転駆動される歯車などによって構成してもよい。

またこの回動部材に固定された２１固の油圧回転アクチ
ュエータの取りつけ方向は後記する実施例のように、そ
の軸芯が第１の軸芯に平行とされる場合が多いが、これ
にこだわることなく例えば第１の軸芯に直角の方向に設
けた適宜の歯車などによって差動歯車に回転伝達する如
くなしてもよい。回動部材°に設けられた圧油通路は、
前記２個の油圧回転アクチュエータに対してそれぞれ圧
油を供給し、又は排出しうるように合計最低４本の圧油
通路が形成される。更に前記差動歯車については後記す
る実施例に示したものはその一例であり、他に種々の公
知の差動歯車を用いて、その出力軸を第２の軸芯のまわ
りに揺動させつつ、第３の軸芯のまわりに回転させうる
ものであれば、適宜の差動歯車を用いることができる。

「作用」 従って、前記回動部材駆動手段を駆動することにより回
動部材が第１の軸芯のまわりに旋回駆動されると、関節
機構全体が第１の軸芯のまわりに旋回し、これとは別個
にアーム側から供給された圧油が圧油通路を通って第１
及び第２の油圧回転アクチュエータに供給され、各アク
チュエータが回転するとその回転数の差の分だけ差動歯
車の出力軸が第２の軸芯のまわりに揺動運動し、且つ同
時に上記出力軸が第３の軸芯のまわりに旋回することに
なる。こうして結局上記出力軸はアームの先端に設けら
れ、このアームに固定された第１の軸芯のまわりに回転
する自由度と、この第１の軸芯に直交する第２の軸芯の
まわりに回転する自由度と、−上記第２の軸芯に直角で
且つ第２の軸芯のまわりに揺動運動する第３の軸芯の回
転の自由度の３つの自由度を有することになる。

「開明の勿も このように本発明に係る関節機構では、従来の油圧アク
チュエータを用いた関節機構のように油圧ホースを一切
用いることがないので、油圧ホースが手首部分に絡まり
つく不都合が回避され、油圧ホースが省略された分だけ
コストの低下を図りうると共に油漏れや火災の発生を防
止しうるものである。

「実施例」 続いて第１図及び第２図を参照して本発明を具体化した
実施例につき説明し、本発明の理解に供する。ここに第
１図は本発明の一実施例に係る関節機構の側断面図、第
２図は同関節機構における差動歯車の出力軸を第２の軸
芯のまわりに揺動させた状態を示す一部断面を含む側面
図である。

第１図において、関節機構ｌはアーム２の先端２ａに設
けたロータリジヨイント軸３に設けられている。

Ｅ記ロークリジヨイント軸３はアーム２に固定された第
１の軸芯Ｊ１に同軸であり、その外周部に設けた軸受４
によって逆円筒状の回動部材５を回転自在に支持してい
る。前記ロークリジヨイント軸３には圧油通路６８．６
ｉ、、６Ｃ，６ｊが形成されていると共に、前記回動部
材５の内面にはシール部材７Ｍ、７）、、７Ｃによって
それぞれ独立化された環状溝８ａ、８ｂ、ａｃ、８ａが
形成され、前記圧油通路６．．６．．６ｃ、６ａがそれ
ぞれ環状溝８□、８＋、、ａｃ、８Ｊに連通している。

猶、７ａ及び７ｅもシール部材である。

前記回動部材５の外側には第１の油圧回転アクチュエー
タ９ａ及び９しが固定され、各油圧回転アクチュエータ
９８及び９トの出力軸１０．及び１０トは前記第１の軸
芯Ｊ、と平行になるように取りつけられている。前記回
動部材５に形成され、前記環状溝８ａ及び８Ｉ、にそれ
ぞれ接続された圧油通路１１ａ及び１１１．は、前記油
圧回転アクチュエータ９ａの圧油ポート１２．及び１２
Ｉ、にそれぞれ接続され、また同じく回動部材５に形成
された圧油通路１１ｅ及び１１．Ｊは、一端が前記環状
溝８ｃ及び８ａに接続され、他端が前記油圧回転アクチ
ュエータ９トの圧油ポート１２ｃ及び１２Ｊにそれぞれ
接続されている。なお、１３゜、１３＋、は圧油通路ｔ
ｅａ、ｔｅ＋、及び１６ｃ。

１６ａにそれぞれ圧油を供給するための配管である。

前記回動部材５の末端部に固定された歯車１４には、前
記アームｌに内蔵された駆動軸１５の先端に固定された
歯車１６が噛み合っており、この駆動軸１５．歯車１６
が回動部材５の駆動手段を構成している。

前記油圧回転アクチュエータ９□及び９しにそれぞれ取
りつけたケーシング１７．及び１７ｔ、内には、各油圧
回転アクチェエータの出力軸１０ａ及び１０ｈに取りつ
けた傘歯車１８□及び１８トが収容されている。上記ケ
ーシング１７．に軸受１９ａにより回転自在に支持され
た歯車軸２０゜の一端に固着された傘歯車２１１は前記
傘歯車１８ａと噛み合って入る。またケーシングＩｌｂ
に軸受１９ｂを介して回転自在に支承された歯ホ軸２０
Ｉ、の一端には、前記傘歯車１８１．と噛み合う傘歯車
２１１）が固着されている。上記歯車軸２０゜及び２０
ｉ、はその中央部に穿った軸支持孔２２ａ及び２２Ｉ、
にメタルを介して嵌入した支持軸２３によってこの支持
軸２３と同軸に支持されており、支持軸２３の軸芯が第
２の軸芯Ｊ２を構成する。

２４は前記歯車軸２０．及び２０トに軸受２５゜及び２
５しを介して前記第２の軸芯Ｊ２のまわりに回動可能に
支持されたケーシングであり、前記歯車軸２０□の傘歯
車２１．とは反対側の端部には前記ケーシング２４内に
収容された傘歯車２６゜が、また歯車軸２０１）の前記
傘歯車２１しとは反対側の端部にはケーシング２４内に
収容された傘歯車２４１．がそれぞれ形成されている。

前記ケーシング２４に取りつけた軸受２７には前記第２
の軸芯Ｊ２に直角で、軸芯Ｊ２のまわりに揺動する第３
の軸芯Ｊ３と同軸の出力軸２８が回転自在に支持されて
おり、この出力軸２８の端部にはｎｉＪ記傘由車２６．
及び２６しと噛み合う傘歯車２９が形成されている。

前記した傘歯車２６ａ、２６ｂ及び２９が差動歯ｔを構
成する。

次に上記実施例の作動を説明する。まず駆動軸１５が回
転すると、その回転は歯車１６．１４を経て回動部材５
に伝達され、この回動部材５に取りつけた油圧回転アク
チュエータ９ａ、９ｔ、、ケーシング１７ａ　、　　１
７Ｉ、、傘歯車２６ａ、２６Ｉ。

、２９などよりなる差動歯車、及びこの差動歯車の出力
軸２８などを有してなる関節機構１全体が第１の軸芯Ｊ
ｌのまわりに旋回する。

次に配管１３．から圧油通路６ａ、環状溝８□１圧油通
路１１１を通って油圧回転アクチュエータ９ａに供給さ
れた圧油により油圧回転アクチュエータ９ａが駆動され
、傘歯車１Ｂ、、２１．、歯車軸２０．及び傘歯車２６
ユが回転する。この時油圧回転アクチュエータ９ｂを停
止させておくと、傘歯車２６らが停止しているため出力
軸２８が第３の軸芯Ｊ３のまわりに回転しつつ、第２の
軸芯Ｊ２のまわりに揺動運動を行う。こうして出力軸２
８が揺動した状態が第１図におけるＡ−Ａ矢視断面図を
含む第２図に示されている。また油圧回転アクチュエー
タ９Ｂを停止させて９１．を回転ｗ′ｐ動した場合、同
様の原理により出力軸２８が旋回しつつ第２の軸芯Ｊ２
のまわりに揺動運動を行う。この時の揺動の方向は傘歯
車２６．と２６ｂの回転方向を同一とすれば、同じ方向
に揺動を行う。上記のような油圧回転アクチュエータ９
ａ及び９＋、には前記したようにロークリジヨイントを
構成するロークリジョイント軸３内に形成した圧油通路
から各環状溝を経て圧油が供給されるので、回動部材５
が停止状態であっても回転状態であっても支障なく各油
圧回転アクチュエータへの圧油の供給及びこれからの圧
油の排出が行われる。

このような機構においては特殊な状態キして、例えば油
圧回転アクチュエータ９□及び９ｂを反対方向に等速度
で回転させると、傘歯車２６１及び２６Ｉ、が等速度で
逆方向へ回転するため、出力軸２８を揺動させる運動は
生じず、もっばら第３の軸芯Ｊ３のまわりに出力軸２８
が旋回運動するのみとなる。従って、油圧回転アクチュ
エータ９ａ及び９Ｉ）の回転速度を適当に制御すること
により出力軸２８の軸芯Ｊ３まわりの旋回数及び軸芯Ｊ
２まわりの揺動速度を任意に変化させることができる。

Ｆ記実施例では回動部材５を駆動する手段として、駆動
軸１５により回転される歯車１６を示したが、上記歯車
１６を別の油圧回転アクチュエータにより回転駆動して
もよいことは言うまでもない。また上記実施例では手首
に相当する関節機構につき説明したが、アーム同志の関
節部や旋回台などとアームとの関節部にも本発明を適用
しうろことを明記しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る関節機構を示す側断面
図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ矢視断面図を含む関
節機構の作動状態を示す側面図、°第３図は従来の油圧
回転アクチュエータを用いた手首機構を示す斜視図であ
る。 （符号の説明） １・・・関節機構　　　　　　２・・・アーム３・・・
ロータリジヨイント軸 ５・・・回動部材　　　　　　６ａ〜６ａ・・・圧油通
路７□〜７ｅ・・・シール部材 ８１〜８Ｊ・・・環状溝 ９ａ、９ｔ、・・・油圧回転アクチュエータ１１、〜ｔ
ｔａ・・・圧油通路 １４．１６・・・歯車　　　　１５・・・駆動軸１０□
、１０ｂ・・・＠市軸 ２６ａ、２６ｂ、２９・・・傘歯車 ２４・・・ケーシング　　　　２６・・・出力軸Ｊｌ・
・・第１の軸芯　　　　ｊ２・・・第２の軸芯Ｊ、・・
・第３の軸芯。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アーム先端に設けられ、このアームに固定された
   第１の軸芯まわりの回転の自由度と、上記第１の軸芯に
   直交する第２の軸芯まわりの回転の自由度と、上記第２
   の軸芯に直角で且つ第２の軸芯のまわりに揺動する第３
   の軸芯まわりの回転の自由度とを有する関節機構。
2. （２）アーム先端に設けられ、このアームに固定された
   第１軸芯まわりの回転の自由度と、上記第１の軸芯に直
   交する第２の軸芯まわりの回転の自由度と、上記第２の
   軸芯に直角で且つ第２の軸芯のまわりに揺動する第３の
   軸芯まわりの回転の自由度とを有する関節機構であって
   、アーム先端に設けられ上記第１の軸芯のまわりに回動
   駆動される回動部材と、上記回動部材を駆動する回動部
   材駆動手段と、上記回動部材に固定された第１及び第２
   の油圧回転アクチュエータと、上記回動部材に設けられ
   、各油圧アクチュエータに接続された圧油通路と、上記
   第１及び第２の油圧回転アクチュエータにより駆動され
   前記第２の軸芯と同軸に設けられた差動歯車と、前記第
   ３の軸芯と同軸に設けられた前記差動歯車の出力軸とを
   有してなる関節機構。