JPS61288986A - ロボツトの関節 - 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〕 本発明は関節が全方向に回転可能で、且つ、その関節自
体がアクチェータとしても機能するロボットの関節に関
するものである。

〔従来の技術〕

一般にロボットの関節は、本体に軸等により結合され、
シリンダーやモータ等によるアクチェータのリニア運動
や回転運動などを伝達されて、前記軸部に於て、回転運
動するようにされている。

このような軸結合の関節は運動の自由度が１であるため
、当該関節を有する腕乃至は手を空間内で自由に移動さ
せるには、その関節にいわゆる自在継手を用いたり、関
節の数を多くするなどの措置が必要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、関節を多く形成すれば、各関節及び運動方向ご
とに駆動源を要して構造が複雑になるのみならず、本体
の自重も増大して運動能力を阻害し、製造面、取扱い面
において問題が多い６〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記のようなロボットにおける従来の関節の問
題点を解決するためになされたもので、その主な構成は
、一部を開口した球面体の内面状に形成した受部と、該
受部に一定のＭ＃を保フて遊嵌される大きさの球面体の
外面状に形成した端部の対向する表面側に、その表面に
形成される球面座標上で等間隔的に複数の磁石を埋設す
ることにより、前記受部と端部の間で、前記磁石の反撥
力によって端部を受部に対し離隔状態で支持すると共に
、受部側の磁石の極性を、球面座標上の始点と目的点を
含む線上において、順次切換えることにより、上記端部
を上記受部内において所望方向に回転運動させることを
特徴とするのであり、また、上記関節を位置決めするた
めの構成は、ロボットの関節に於て、受部側に設けた各
磁石の位置を１球面座標系の数値若しくはその数値を直
角座標系の数値に置換えた数値により番地設定すると共
に、当該座標上に所定間隔で光学的乃至は電気的センサ
を設ける一方、上記端部側の球面上に上記センサに検出
される指標であって、荷重の支持部の位置に対応して位
置付けられた指標を設け、この指標に対応した受部上の
位置を原点乃至は始点とし、この点と所定の目標点の線
上に位置する当該受部側の磁石の極性を、前記原点又は
始点側から目標点側へ向け順次切換えることにより、上
記端部を受部内において所望方向に回転させ且つ位置決
めすることを特徴とするものである。

〔発明の作用〕

球面体の内面をなす受部と、この受部に一定間隙を保っ
て被嵌される球面体による端部とが、両者の表面側に埋
設されて互に反撥する磁石により、両者の表面における
一定の間隙を維持し、非接触状態であらゆる方向に回転
可能であると共に、受部側の磁石の極性が順次切換えら
れることにより、端部が受部内で回転運動をする。

〔実施例〕

図は本発明関節の一例を示す正断面図で、１は非磁性金
属２合成樹脂、その他適宜の材料で構成した受部で、内
側が所定球面体の内表面２に形成されると共に、その一
部が開口３されている。

開口３は１例えば、上記内表面をなす球の中心において
９０度の頂角を有する円血体の底面の大きさに形成する
。

４は、上記受部１に、適宜の間隙を保って遊嵌できる大
きさに形成した球面体による端部で、その外表面５は上
記受部１の内表面１と対応している。６は上記端部４に
その末端側を一体固定した腕である。

而して、この実施例では、受部１が本体（図示せず）側
に取付けられ、端部４の腕６の先端側に荷重の負荷部（
図示せず）が形成されるロボットの腕、又は、肩部に相
当する関節を形成する。受部１と端部４との相対関係は
上記とは逆でもよいこと勿論である。

尚、この実施例では受部１は、端部４を受は入れるため
もその開口側の半分を分割可能に形成しである０図中１
ａがこの分割部である。

上記ように形成される受部１と端部４の表面側には、そ
の全面に、当該受部１と端部４の間で互に反撥する磁石
７，８が埋設される。

この場合に於て、磁石７，８の埋設は、例えば、次のよ
うにする。

而して、受部１の側は、その内面上に想定される球面座
標の上に、はぼ等間隔で極性が交互に異なる複数個の電
磁石７を、夫々にその極性を順次に変更でき、且つ、隣
合う磁石を交互に導通、遮断できるようにして、埋設す
る。

一方、端部４の側は、その外面上に想定される球面座標
の上に、上記受部１側の磁石７に対応する等間隔で、且
つ、対応した受部側の各磁石７の極性と同一の極性をも
つ複数の磁石８を埋設する。

第２図に上記磁石７，８の対応関係の一例を模式的に示
す。

尚、受部１の内表面側は、その間口３の面積に対応して
、当該開口３との対向面３ａに磁石７を埋設せず、磁気
反撥力のバランスをとるようにしてもよい。

このようにすると、端部４は、磁石７，８の相互の反撥
力により、受部１の内部に非接触状態で保持されること
となる。

上記状態にある端部４を受部１内で回転させるには、例
えば次のようにする。

第２図の状態にある磁石７に於て、いまＮ極に励磁され
ている磁石を、その励磁を遮断する一方で、隣合う磁石
をＳ極に励磁する。このとき、前記Ｎ極の遮断及びＳ極
の励磁は、例えば、左側から右側に向け順次なされるよ
うにする。

このようにすると、各磁石８のＮ極は、上記各磁石７の
Ｓ極に順次吸引される結果、ここでは反時計側へ回転す
る。このように、上記各磁石７のＳを、順次磁石８の各
Ｎ極の左上隣のものがＳ極となるように切換えて行くと
、磁石８全体は反時計側に更に回転をさせられることと
なる。

磁石７の極性の切換を上記とは逆方向に行えば、磁石８
は上記例とは、逆の方向に回転する。

この結果、端部４は、受部１の磁石８の列における極性
の切換えにより、当該磁石８の列設方向に沿って任意に
回転可能となる。

上記実施例に於て、受部１．端部４の間に、例えば、非
磁力材で形成したボール等によるころがり部材を介装し
てもよい。

ころがり部材が介装されると、それによるころがり抵抗
が生じるが、受部１と端部４とはなお全体として平衡し
た磁石の反撥力乃至は吸引力で支持されるから、ころが
り部材のみによる支持に比べ抵抗は小さく、実用上の問
題は少ない。

次に、上記回転運動における位置決めについて第３図に
より説明する。

ここでは、説明の便宜のため受部１が形成する球面と端
部４が形成する球面は同一のものとして説明する。

第３図の球面座標系において、その球面上の任意の点Ｓ
は、ｒ＝Ｏ８、θ＝　　ｐｏｓ、φ＝ＬＥＯＴであると
き、（ｒ、θ、φ）で表わされ、この８点の直角座標上
の位置（ｘ＋　ｙｙ　ｚ）はＸ＝ｒ　ｓｉｎθｃｏｓφ
、ｙ＝ｒｓｉｎθ０ｓｉｎφ、ｚ＝　ｒｃｏｓθで表わ
される。

いま、この点Ｓを関節の端部４側において腕６の後端の
延長線上にあるものとすると、８点の位置は、腕６の先
端に設けた負荷部（図示せず）の位置を、球の中心に関
し対称的に表すこととなる。

従って、８点の位置決めを行えば、相対的に負荷点の位
置決めを行うことになるので１本発明では、−例として
次のような構成を以って８点の位置決めを行うようにし
た。

まず、受部１側の球面上に適宜ピッチで等間隔に球面に
沿って並べられた複数の検出子Ｃから成るセンサーを設
ける一方、端部４側には、上記８点の位置に電気的乃至
は光学的指標ｔを設ける。

検出子Ｃは前記指１１１ｔと対応したとき作動、例えば
導通し、離れたとき遮断するようにしておく。

このようにすると指標ｔの移動にしたがい、当該指標ｔ
に対応した各検出子Ｃが順次導通、遮断していくので、
この導通信号を検出することによって、指＃Ａｔの移動
軌跡と共に、移動の始、終点を検出することができ、更
に、この検出信号を適宜時間パルスに対応させると移動
速度を検出できることとなる。

そこで、受部ｌ側に配設された各磁石７の位置（番地）
を、それと対応する上記各検出子Ｃの番地と共通若しく
は置換した符号に形成する。

次に、端部４側において、指標ｔを移動させたい区間（
軌跡、始点、終点）を決めると、当該軌跡上に対応する
磁石７の列が特定される。

指標ｔの移動軌跡に対応した磁石７の列が決まると、当
該磁石列７の延長線上に位置する磁石７の列が付加決定
される。

しかして、受部１側に於て、上記指標の移動軌跡及びそ
の延長線に対応した磁石７の列が定まると、この磁石列
を、指標ｔの移動方向によって、一方から他方へ向け、
順次極性の切換を行う。

上記磁石７の極性が順次切換えられることにより、端部
４は所定方向に回転させられることとなる。

一方、上記端部４の回転は、それに殴れられた指標ｔが
回転中に検出子Ｃに順次検出されることにより、移動軌
跡が設定通り形成されているかどうか点検処理されると
共に、当該指標ｔが軌跡終点における検出子Ｃに検出さ
れたとき、同時に、上記受部１側の磁石の極性の切換動
作を停止させ、端部４の回転動作を止めて位置決めを行
う。

上記例において、位置決めのためのデータは、球面座標
系又は直角座標系のいずれであってもよし１　。

〔考案の効果〕

本発明は以上の通りであって、球の内面形状をなす受部
と、この受部に遊嵌される球状をなす端部とを９両者の
表面側に磁石を設は互にその反撥力によって両者間の間
隙が保持されるようにしたから両部材が非接触で相対し
つつ端部の全方向回転が可能であると共に、当該関節自
体がアクチェータとして作用し、且つ、位置決め作用を
するから、ロボットの関節に１本発明間節を１個使用す
れぼれば、この関節によって荷重の負荷部を全方向に向
けることができ、従って、ロボットの負荷部の方向変換
のため、ロボットに複数の関節並びに駆動源を設けない
で済むという独自の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明関節の一例の正断面図、第２図はその要
部の拡大正断面図、第３図は球面座標を表わす図である
。 １・・・受部、２・・・内表面、３・・・開口、４・・
・端部。 ５・・・外表面、６・・・腕、７，８・・・磁石、第１
図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一部を開口した球面体の内面状に形成した受部と、
   該受部に一定の間隙を保って遊嵌される大きさの球面体
   の外面状に形成した端部の対向する表面側に、その表面
   に形成される球面座標上で等間隔的に複数の磁石を埋設
   することにより、前記受部と端部の間で、前記磁石の反
   撥力によって端部を受部に対し離隔状態で支持すると共
   に、受部側の磁石の極性を、球面座標上の始点と目的点
   を含む線上において、順次切換えることにより、上記端
   部を上記受部内において所望方向に回転運動させること
   を特徴とするロボットの関節。 ２、一部を開口した球面体の内面状に形成した受部と、
   該受部に一定の間隙を保って遊嵌される大きさの球面体
   の外面状に形成した端部の対向する表面側に、その表面
   に形成される球面座標上で等間隔的に複数の磁石を埋設
   することにより、前記受部と端部の間で、前記磁石の反
   撥力によって端部を受部に対し離隔状態で支持するロボ
   ットの関節に於て、受部側に設けた各磁石の位置を、球
   面座標系の数値若しくはその数値を直角座標系の数値に
   置換えた数値により番地設定すると共に、当該座標上に
   所定間隔で光学的乃至は電気的センサを設ける一方、上
   記端部側の球面上に上記センサに検出される指標であっ
   て、荷重の支持部の位置に対応して位置付けられた指標
   を設け、この指標に対応した受部上の位置を原点乃至は
   始点とし、この点と所定の目標点の線上に位置する当該
   受部側の磁石の極性を、前記原点又は始点側から目標点
   側へ向け順次切換えることにより、上記端部を受部内に
   おいて所望方向に回転させ且つ位置決めすることを特徴
   とするロボットの関節。