JPS6130877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は関節運動を行うロボツトアーム等の自
動機械を構成する関節ユニツトに関するものであ
る。

(2) 技術の背景 ロボツトに代表されてコンピユータで制御され
る自動機械は目的に応じて複雑な運動が可能で、
その高度なものでは複数の分岐体が各々異なる運
動を互に協調しつつ行なうことさえも可能とな
る。その制御理論およびプログラムは急速に進歩
しつつある。そうした制御の側からは運動の自由
度は多くなることが現実的に許容されるようにな
つて動物の肢体に近づけることも期待されてい
る。人間の指に模するならば一本でも少くとも５
つの自由度をもたせたいという希望がある。この
ような多関機構を設計するのは容易ではなく、た
んに屈曲や回転をするという機構だけでも複雑で
あるのに加え高精度なものではコンピユータの側
からはその回転角度を0.05ミリラジアンのオーダ
で指示され、高度なものでは運動に伴う振動を検
出してそれをコンピユータに返す、あるいは加え
られた外力を検出してモータの電流を加減するな
どセンサを取付けることも必要となる。この複雑
な機構に加え動力，信号のケーブルの数が多く、
それらが内部で機構の運動を阻害することなく、
また運動に伴う応力に依つてケーブル自身が破断
しないよう、適切な余長をとつて配線されねばな
らないという課題は極めて難しい。この課題に応
えるものとして、機構ユニツトの思想がある。即
ち複雑な機構を一体として設計するのでなく、極
端には関節の一自由度に一ユニツトを割当てて、
ユニツト単位で分解，組立ができるようにしてし
まう方法であり、ユニツト設計はそのなかで所定
の運動ができるようにするのと同時に最初からユ
ニツト相互間の結合が容易なようにし、また単に
そのユニツトを通過するだけの動力、信号ケーブ
ルについてもそれらは収納し両端には接続手段を
用意しておくものである。ケーブル類がそのユニ
ツトの運動では傷められないように余長をとつた
配線を行うが、接続部ではしつかりと固定される
ようにする。このようにして接続手段がしつかり
したものであれば多段に結合してユニツトを組立
ていく場合でも機構の設計は殆ど記号で表すだけ
で済む。また、多段複雑な関節機構の信頼度の問
題点となりがちなケーブル処理の困難さは、ユニ
ツト製造という比較的単純な部品の中だけで処理
され、その製造工程は同一品の多量生産となるの
で品質管理も行き届いたものとなることで解決さ
れる。このようなユニツトには、(1)微細な運動が
デイジタルな指令に対応できること、(2)停止状態
ではその状態を維持するのにできるだけエネルギ
を必要としないこと、(3)運動方向の外力あるいは
自己の運動に伴う加速度を検知できること、(4)動
物の関節に似せて比較的細長い外形であること等
の条件が要求される。

(3) 従来技術の問題点 従来の関節ユニツトの関節運動を行うための屈
曲駆動機構としてはモータ直結のネジ送り機構が
用いられている。この機構は、モータに直結した
ネジ棒にナツトからなる移動体を螺着し、ネジ棒
の回転によりこの移動体を往復運動させてこの移
動体と結合して関節動作回転体を枢動させるもの
である。しかしながら、ネジ送りは伸縮のような
直進運動には適しているが、関節の屈曲運動にこ
れをそのまま用いるのは不向きである。一般には
油圧シリンダによるシヨベル装置に見られるよう
にこれをリンクで屈曲運動に変換するが、その場
合変換比率は角度により変化する。これも制御コ
ンピユータで計算して補正することも可能ではあ
るが、三角関数等を含む複雑な計算となり制御が
容易ではない。またこのようなネジ送り機構は運
動方向の外力，加速度，位置等の検出が容易にで
きない。

(4) 発明の目的 本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたも
のであつて、位置センサ，力センサ等の検出器の
取付けが容易にでき、また駆動制御が容易な関節
ユニツトの提供を目的とする。

(5) 発明の構成 この目的を構成するため、本発明では、両端に
関節ユニツト相互の接続手段を有し、内部に、屈
曲駆動機構を備え、屈曲関節運動可能に多段に連
結可能な関節ユニツトにおいて、前記屈曲駆動機
構は、モータと、該モータに直接されたネジ棒
と、該ネジ棒に螺合する移動体と、前記一方の接
続手段と接続され、関節ユニツト本体に支点を中
心に回転可能に軸支された扇形回転体と、一端が
移動体に固定され、他端が該扇形回転体の周面に
沿つて配置されるように扇形回転体に固定された
ベルトを、該扇形回転体を前記ベルトが緊張され
る方向に付勢するバネとにより構成される。

(6) 発明の実施例 第１図は本発明に係る関節ユニツトの分解斜視
図である。本体１内にモータ２が取付けられ、こ
のモータ２の回転軸にはネジ棒３が結合される。
このネジ棒３には移動体４が螺着されネジ棒３の
正逆回転に伴いこれに沿つて往復運動する。この
移動体４はプーリ５，６に係合する連続ベルト７
に固定される。プーリ５は傘歯車８を介して接続
部材９に連結される。本体１の内部には電源線，
信号線等のケーブル２０が余長をもつて配設され
る。接続部材９の上面にはケーブル２０と接続す
るコネクタ１３が設けられる。このコネクタ１３
は結合すべき相手側の関節ユニツト下端部のコネ
クタ１２とシヨートプラグ１４を介して電気的に
接続される。本体１の下端には取付片１０が設け
られ接続すべき相手側の接続部材９に対しネジ１
１で相互に固定される。本体１はカバー１５で覆
われる。モータ２の回転によりネジ棒３が回転
し、これにより移動体４およびベルト７を介して
プーリ５が回転し、傘歯車８を介して接続部材９
が関節部の回転運動を行う。なお、傘歯車を省略
してプーリ５の回転により接続部材９を矢印Ａの
ように揺動運動させてもよい。

第２図は本発明に係る関係ユニツトの別の例の
側面図であり、第３図はその縦断面図である。本
体１に取付られたモータ２にネジ棒３が直結さ
れ、このネジ棒３に螺合する移動体４にはベルト
７′が固定される。ベルト７′は軸１８廻りに回転
可能な扇形回転体１６に係合する。前述の例の場
合と同様にモータ２の回転によりベルト７′を介
して回転体１６が枢動し、この回転体１６に一体
的に結合された接続部材１７が矢印Ｂのように関
節屈曲運動を行う。回転体１６の端部には復帰バ
ネ１９が係合し回転体１６を常に一方向に付勢す
る。この復帰バネによりネジ棒３のバツクラツシ
ユや関節動作のガタつきが吸収される。復帰バネ
１９の外周はスリーブ２１で覆われる。このスリ
ープ２１はケーブル２０がバネ１９と絡まり合う
ことのないように保護するとともに移動体４の案
内および回転防止の作用を行う。このような関節
ユニツトは例えば第４図に示すように複数段に連
結され先端にハンド２２を有する多関節ロボツト
アームを構成する。この関節ユニツトのベルト
７′には歪ゲージ２４を貼付して関節運動中の力
を検出することができ、また磁気テープ２３を貼
付して本体側に設けた磁気抵抗効果型ヘツド（磁
気センサ）２５によりベルト７′の位置を検出す
ることができる。

(7) 発明の効果 以上説明したように本発明においては、ベルト
およびこれに係合する回転体を介してモータによ
るネジ送り運動を関節屈曲運動に変換している。
従つて、モータの回転角と屈曲回転角は常に一定
の比例関係を保つため屈曲動作の高精度な制御を
容易に行うことができる。また、力センサや位置
センサの設置が容易に行われ、力，位置，加速度
等の検出が容易に確実にでき、これらに基いてロ
ボツトアームの高度な制御が可能となる。

また屈曲駆動機構は、駆動力伝達用扇形回転体
と協働するベルトを緊張方向に付勢するバネを具
備しているため、このバネの作用によりネジ棒の
バツクラツシユや関節動作のがたつきが吸収され
高精度の位置決めが可能になる。また、このベル
トの移動は扇形回転体を用いて行われるため、ベ
ルトの案内動作が円滑になりベルトの長寿命化が
図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る関節ユニツトの分解斜視
図、第２図は本発明の別の実施例の側面図、第３
図は第２図の―断面図、第４図は第２図の関
節ユニツトを用いたロボツトアームの斜視図であ
る。 ２……モータ、３……ネジ棒、４……移動体、
５……プーリ、７，７′……ベルト、９，１７…
…接続部材、１６……回転体、２５……ヘツド、
２４……ストレインゲージ、２３……磁気記録媒
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に関節ユニツト相互の接続手段を有し、
   内部に屈曲駆動機構を備え、屈曲関節運動可能に
   多段に連結可能な関節ユニツトにおいて、 前記屈曲駆動機構は、モータと、該モータに直
   接されたネジ棒と、該ネジ棒に螺合する移動体
   と、前記一方の接続手段と接続され、関節ユニツ
   ト本体に支点を中心に回転可能に軸支された扇形
   回転体と、一端が移動体に固定され、他端が該扇
   形回転体の周面に沿つて配置されるように扇形回
   転体に固定されたベルトと、該扇形回転体を前記
   ベルトが緊張される方向に付勢するバネとにより
   構成されたことを特徴とする関節ユニツト。