JPS6216306Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はロープやチエーン等で駆動される動力
式マニピユレータに関する。

既に数多くの動力式マニピユレータが発表され
ており、作業内容等によつてハンドを有する関節
形マニピユレータとして使用されたり、あるいは
クレーンを有する関節形クレーン等として使用さ
れている。その中でも、複数の関節を有するアー
ム部の軽量化等のためモータ等の駆動源をマニピ
ユレータの根元部に設け、これら駆動源からロー
プやチエーン等を各軸に張つて各軸を作動させる
ようにした索条駆動の動力式マニピユレータが多
く提案されている。

例えば、索条としてロープを用いるロープ駆動
の動力式マニピユレータ（以下、ロープ式マニピ
ユレータという）においては、ロープを使うとい
う特殊な構成となつていることにより、他の動力
式マニピユレータとは異なり特別に注意を払わな
ければならない点がある。それは、各軸のロープ
の必要な長さが他の軸が動くことによつて変わる
ので、それを極力不変となるようにしなければな
らない点である。そのため、既存のロープ式マニ
ピユレータにおいては、種々の方法がとられてい
る。つまり、各軸の正転、逆転用のロープの全長
を一定にするため、アイドルプーリを多軸にした
り、ある軸のストロークを限定した上で近似的に
ロープ長が変わらない特殊な構造を採用したりし
ているのである。

しかしながら、上述の従来の方法では、ストロ
ークの拡大が困難となり、アーム部に種々の部品
を取付けるために構造が複雑となると共にアーム
が大きくしかも重くなり、更に各軸を連動せざる
を得ないために故障時に一軸のみを動かそうとし
ても動かすことができないなどの欠点が生ずる。

このような欠点を解消するため、各軸ごとに正
転用及び逆転用の駆動装置を設けたり、あるい
は、ロープの長さに変動を与える軸の駆動装置を
ロープ長さ調整用と兼用とすることも考えられる
が、他軸の力が伝達されマニピユレータの作業負
荷の大きさが混合される結果、それぞれの軸につ
いてその大きさを知ることができないという不具
合がある。また、ロープにかえてチエーンを用い
る場合等についても同様な不具合がある。

一方、ロープ式マニピユレータの小形化、調整
容易化あるいは各種検出器用のケーブル処理の容
易化を実現するためには駆動ロープの応力を極
力そろえる必要があること。小形化を行うとロ
ープのプーリ部分での調整代が減少することから
ロープの長さ調整を別手段で行なう必要があるこ
と。小形化のためにロープ応力（ロープ張力）
を管理したり、荷重の測定等種々の目的に利用す
るためロープ張力を測定する必要があるが、例え
ばストレンゲイジのごとき張力検出器を駆動ロー
プの途中に装着すると、ストレンゲイジのケーブ
ルを処理するためにかなりのスペースを必要とす
ること。などの解決しなければならない問題があ
る。

本考案はかかる種々の不具合を解消することの
できる動力式マニピユレータの提供を目的とす
る。かかる目的を達成する本考案の構成は、複数
の関節部の根元部に駆動源を組み込んであるマニ
ピユレータにおいて、各関節部の軸にそれぞれ正
転用および逆転用の索条を連結し、これら索条を
当該軸より根元部側の軸に回転可能に取付けられ
たアイドル車を介して根元部に導くと共に第１の
移動車に巻きかけてそこで折返して各軸に対応す
る駆動源の出力軸に互いに逆方向より巻き付けて
固定する一方、前記第１の移動車には第２の移動
車を連結し、この第２の移動車に調整索を前記索
条と互いに引張り合うように該両移動車に関して
該索条の反対側から巻きかけ、この調整索の一端
を本体に調整可能に取付けると共に他端を前記根
元部側の軸の回転に伴う前記索条の経路長変化に
対応して前記関節部の軸から前記第１の移動車ま
での索条経路上の距離を一定に保つように前記第
２の移動車を移動させる調整駆動用出力軸に巻き
付けて固定したことを特徴とする。

以下、本考案の一実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

第１図〜第３図は本考案の動力式マニピユレー
タを３軸で構成された関節形マニピユレータに適
用した一実施例にかかり、第１図は側面図、第２
図は駆動系統の概略構成を示す斜視図、第３図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは駆動系統の説明図である。

マニピユレータ１は、第１図に示すように、本
体２と、その上部に固定されたアームサポート３
と、アームサポート３に固定された肩軸Ｓに当該
肩軸Ｓを中心に回転可能に一端部が取付けられた
上腕４と、上腕４の他端部に固定された腕軸Ｅに
当該腕軸Ｅを中心に回転可能に一端部が取付けら
れた下腕５と、下腕５の他端部に固定された手首
軸Ｗに当該手首軸Ｗを中心に回動可能に取付けた
手首６とからなる。

このマニピユレータ１の駆動系統を説明する
が、第２図においては、軸Ｗ，Ｅ，Ｓを除き、第
１図に示したものは省略してある。

手首軸Ｗには、手首６に固定されたプーリＲ
１，Ｒ２が回転可能に取付けられ、これらプーリ
Ｒ１，Ｒ２には、手首６の正転用のロープＣ１及
び逆転用のロープＡ１の一端が巻き付けられて固
定されている。ロープＣ１，Ａ１は下腕５の内部
を通り腕軸Ｅ上でそれぞれ回動可能なプーリＲ
３，Ｒ４に図示の如く同一方向でかつ上方にかけ
られている。ロープＣ１，Ａ１は更に上腕４の内
部を通り肩軸Ｓでそれぞれ回転可能なプーリＲ
５，Ｒ６に同一方向でかつ上方にかけられてい
る。ロープＣ１，Ａ１は更にアームサポート３に
固定された軸７上を回動するプーリＲ７，Ｒ８の
左方に導かれ、それぞれその下方の第１の移動車
としての動滑車Ｍ１，Ｍ２に巻きかけられて手首
６を駆動するモータ（図示せず）の出力軸Ｗに固
定されたプーリＦ１，Ｆ２に相互に反対方向から
巻き付けられて固定されている。尚、軸７及びそ
の軸上のプーリＲ７，Ｒ８は肩軸Ｓまわりの上腕
４の回転角度を大きくするためのものであり、本
体２に固定された回動プーリＲ９はロープＡ１が
動滑車Ｍ２の前後で平行となるようにするもので
ある。

また動滑車Ｍ１，Ｍ２には、それぞれ連結板
８，９を介して図示の如く第２の移動車としての
動滑車Ｍ３，Ｍ４が直列に連結されている。これ
ら動滑車Ｍ３，Ｍ４には、それぞれロープＣ２，
Ａ２が前述のロープＣ１，Ａ１と互いに引張り合
うように動滑車Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４に関して
ロープＣ１，Ａ１の反対側から巻きかけられ、こ
れらロープＣ２，Ａ２の一端がそれぞれロープ長
さ調整用モータの出力軸ｘに固定されたプーリＦ
３，Ｆ４に同方向から巻き付けられて固定される
と共に他端は本体２に調整可能な様に固定されて
いる。この出力軸ｘは、腕軸Ｅ、肩軸Ｓの回転に
伴うロープＣ１，Ａ１の経路長変化に対応して手
首６から動滑車Ｍ１，Ｍ２までのロープ経路上の
距離を一定に保つように動滑車Ｍ３，Ｍ４を移動
させるべく、ロープＣ２，Ａ２を巻き込みあるい
は巻き戻す。尚、ロープＣ１，Ａ１，Ｃ２，Ａ２
はそれぞれ動滑車Ｍ１，Ｍ３，Ｍ２，Ｍ４の前後
で平行となる様に関連部品を配列している。

以上は手首６の駆動系の説明であり、下腕５の
駆動系も同様であるが、簡単に説明する。

腕軸Ｅには、下腕５に固定されたプーリＲ１
１，Ｒ１２が回転可能に取付けられ、これらプー
リＲ１１，Ｒ１２に正転用ロープＣ１１および逆
転用ロープＡ１１の一端が巻き付けられて固定さ
れている。ロープＣ１１，Ａ１１は肩軸Ｓ上の回
動プーリＲ１３，Ｒ１４および軸７上の回動プー
リＲ１５，Ｒ１６を通じ、第１の移動車としての
動滑車Ｍ１１，Ｍ１２に巻きかけられて下腕５を
駆動するモータの出力軸ｅに固定されたプーリＦ
１１，Ｆ１２にそれぞれ反対方向から巻き付けら
れて固定されている。尚、プーリＲ１５，Ｒ１６
は上述のプーリＲ７，Ｒ８と同一の機能をなし、
プーリＲ１９は上述のプーリＲ９と同一の機能を
なすものである。

また、動滑車Ｍ１１，Ｍ１２には、それぞれ連
結板１０，１１を介して図示の如く第２の移動車
としての動滑車Ｍ１３，Ｍ１４が直列に連結され
ている。これら動滑車Ｍ１３，Ｍ１４には、それ
ぞれロープＣ１２，Ａ１２が巻きかけられ、これ
らロープＣ１２，Ａ１２の一端がそれぞれロープ
長さ調整用モータの出力軸ｙに固定されたプーリ
Ｆ１３，Ｆ１４に同方向から巻き付けられて固定
されると共に他端は本体２に調整可能な様に固定
されている。

上腕４を駆動する機構は、通常の手段で肩軸Ｓ
にプーリを固定し、これを２本のロープで押し引
きすれば良いのでその説明は省略する。

次に、かように構成されたマニピユレータ１の
作動を第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄに基づき説明する
が、第３図ａでは説明の都合上、同一軸上の各プ
ーリを引き離して図示してある。第３図ｂ，ｃ，
ｄはそれぞれ一部分の拡大図であり、第３図ｂは
手首６が逆転してロープＣ１が長さｔだけ巻き込
まれた状態を、第３図ｃは下腕５が逆転してロー
プＣ１１が長さｌだけ巻き込まれ且つロープＣ
１，Ａ１が長さｌだけアーム先端に向つて巻き戻
された状態を、第３図ｄは上腕４が逆転してロー
プ（図示せず）が長さＬだけ移動し、ロープＣ
１，Ａ１，Ｃ１１，Ａ１１がアーム先端に向つて
長さＬだけ巻き戻された状態をそれぞれ示す。

例えば、今、第３図ｂ〜第３図ｄに示した状態
が同時に発生したとすると、各ロープは第３図ａ
に図示した通り各プーリ間で移動するが、これを
具体的に手首６の駆動系について説明する。

ロープＣ１は軸Ｗ，Ｅ間では手首６が駆動され
るため長さｔだけ下方に移動し、軸Ｅ，Ｓ間では
下腕５が駆動されるため長さ（ｌ＋ｔ）分が送り
出され、軸Ｓ、動滑車Ｍ１間では上腕４も駆動さ
れるため長さ（Ｌ＋ｌ＋ｔ）だけ上方に移動す
る。これらの移動によつてロープ長さ調整用モー
タの出力軸ｘはロープＣ２が直列の動滑車Ｍ１，
Ｍ３に接続してあるため上方へ（Ｌ＋ｌ）だけロ
ープＣ２を送り出し、出力軸ｗは手首６の移動量
ｔのみ送り出せば良い。単独にはＬ＝ｌ＝０とし
たら直列の動滑車Ｍ１，Ｍ３は移動しないため出
力軸ｗは移動量ｔのみを送り出せば良いことがわ
かる。尚、出力軸ｘの駆動量は、具体的には例え
ば、各軸Ｅ，Ｓの回転角度を検出し、それを基に
して所定の計算式から演算によつて求められる。

手首６の逆転用ロープＡ１についても同様であ
るが、逆転であるため長さｔ分のみが上記と反対
方向となれば良く、そのためロープＡ１が長さｔ
分だけ出力軸ｗにて巻き込まれれば良い。即ち、
出力軸ｗは図示の通りであり、手首６の駆動用モ
ータに接続しても良いことがわかる。

更に、下腕５の駆動系について説明する。

ロープＣ１１は軸Ｅで駆動されるため軸Ｅ，Ｓ
間では長さｌだけ左方に移動し、軸Ｓ、動滑車Ｍ
１１間では、上腕４も駆動されるため長さ（Ｌ＋
ｌ）だけ上方に移動する。これらの移動によつて
出力軸ｙは上方へＬ分だけロープＣ１２を送り出
し、出力軸ｅでは長さｌだけロープＣ１１を送り
出す。逆転用ロープＡ１１等については逆転であ
るため長さｌだけ上記と反対方向であれば良いの
で、ロープＡ１１を長さｌだけ出力軸ｅにて巻き
込めば良く、図示の通りである。依つて出力軸ｅ
は下腕５の駆動源であることがわかる。

すなわち、ロープ長さ調整用モータの出力軸ｙ
は上腕４の移動量Ｌを出し引きし、ロープ長さ調
整用モータの出力軸ｘは上腕４、下腕５の移動量
（Ｌ＋ｌ）を出し引きすることで完全なロープ長
さの調整機能を有するのである。

尚、上記実施例ではロープとプーリおよび動滑
車とで構成したもので説明したが、索条として、
例えば、チエーンを用い、アイドル車や移動車と
して例えば、アイドルスプロケツトや動スプロケ
ツトを用いて構成することもできる。

以上、実施例とともに具体的に説明したように
本考案の動力式マニピユレータによれば以下のよ
うな効果が得られる。

特に狭い個所での作業には動力式マニピユレ
ータの小形化は重要であり、このためには各ロ
ープの応力を均一にする必要があるが、直列に
動滑車を連結したので動滑車の前後で各２本の
ロープとすることができ、これによつてロープ
の応力をアーム側と、ロープ調整用モータ側と
で同一とすることができる。

ロープ調整用モータ側のロープの一端を本体
側に調整可能に取付けたので、ロープ調整用モ
ータ出力軸に固定するプーリに製作誤差及びロ
ープの伸び調整用等のロープの調整代をつける
必要がなく、これによつて各軸のストロークを
減少することなく小形化が可能となる。また、
各プーリにロープの調整代をつけ、プーリ部分
で調整しようとすると、調整代の分だけ各プー
リの径が大きくなるのみならず、正逆転用ロー
プの調整も必要となり、プーリの固定方法も複
雑となり、小形化の障害となるが、このような
ことが全くない。さらに、本体にてロープ長を
調整するようにしたので、直線的な動きで調整
でき、構造が簡単になる。

ロープ調整用モータ側のロープの一端を本体
側に固定したことで、この固定側のロープ端末
金具にストレンゲイジの如き張力検出器を取付
けてロープの張力を測定できるので、その検出
信号を制御装置等に導くケーブルは移動させる
必要がなく固定状態とすることができ、ケーブ
ルを移動させる必要がある場合に比べ、ケーブ
ル処理スペースを小さくでき且つケーブルの動
きにともなう切断等のトラブルも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案の動力式マニピユレー
タを３軸で構成された関節形マニピユレータに適
用した一実施例にかかり、第１図は側面図、第２
図は駆動系統の概略構成を示す斜視図、第３図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは駆動系統の説明図である。 図面中、１はマニピユレータ、４は上腕、５は
下腕、６は手首、Ｓは肩軸、Ｅは腕軸、Ｗは手首
軸、Ｃ１，Ｃ１１は正転用ロープ、Ａ１，Ａ１１
は逆転用ロープ、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１
３，Ｒ１４はプーリ、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ１１，Ｍ１
２は動滑車、Ｍ３，Ｍ４，Ｍ１３，Ｍ１４は調整
用のロープ側の動滑車、Ｃ２，Ａ２，Ｃ１２，Ａ
１２は調整用のロープ、ｅ，ｗ，ｓは出力軸、
ｘ，ｙはロープ調整用の出力軸である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数の関節部の根元部に駆動源を組み込んであ
   るマニピユレータにおいて、各関節部の軸にそれ
   ぞれ正転用および逆転用の索条を連結し、これら
   索条を当該軸より根元部側の軸に回転可能に取付
   けられたアイドル車を介して根元部に導くと共に
   第１の移動車に巻きかけてそこで折返して各軸に
   対応する駆動源の出力軸に互いに逆方向より巻き
   付けて固定する一方、前記第１の移動車には第２
   の移動車を連結し、この第２の移動車に調整索を
   前記索条と互いに引張り合うように該両移動車に
   関して該索条の反対側から巻きかけ、この調整索
   の一端を本体に調整可能に取付けると共に他端を
   前記根元部側の軸の回転に伴う前記索条の経路長
   変化に対応して前記関節部の軸から前記第１の移
   動車までの索条経路上の距離を一定に保つように
   前記第２の移動車を移動させる調整駆動用出力軸
   に巻き付けて固定したことを特徴とする動力式マ
   ニピユレータ。