JPS62166985A - マニピユレ−タ - Google Patents

マニピユレ−タ

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JPS62166985A
JPS62166985A JP804386A JP804386A JPS62166985A JP S62166985 A JPS62166985 A JP S62166985A JP 804386 A JP804386 A JP 804386A JP 804386 A JP804386 A JP 804386A JP S62166985 A JPS62166985 A JP S62166985A
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JP
Japan
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link
manipulator
joint
length
work
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JP804386A
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健 辻村
森光 武則
石原 浩志
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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] この発明は、例えば橋梁下部の検査等、作業現場と操作
位置とが離れ、かつ障害物があって移動空間が限定され
るような場合に特に使用されるマニピュレータに関する
[従来技術およびその問題点] 橋梁下部、ビルの壁面、゛工柱上等での作業をマニピュ
レータに代呂させるためには、数〜数10m程度の長さ
を持ち、かつ運搬の容易なマニピュレータが必要である
従来、この種の装置としてはクレーンがあるが、これは
通常油圧駆動であるため、油圧ポンプ等の装置が大がか
りになり、また制御性能も比較的悪いという欠点があっ
た。また、このクレーンは固定長のアームをジヨイント
部で折り曲げあるいは回転させる方式であるため、極め
て広い作業空間が必要であり、例えば橋梁下部の作業の
ように周囲に障害物があって限られた空間内を移動しな
ければならないような場合には不適当であった。
一方、現在工場等で使用されているマニピュレータは、
その多くが電動モータで駆すJする方式であり制御性は
良好であるが、モータのff1fflを支えるためにア
ームの部材を太くする必要があり、このため自重が重く
なるという欠点があった。また、一般にこのようなマニ
ピュレータの可搬1昂の対自重比は1/10程度であり
、したがってl0KQの物体を把持するためにはマニピ
ュレータの自重は100K(1以上になってしまうとい
う問題もある。また、これらの工場等で使用される屋内
用マニピュレータは全長が1〜2Inであるが、これを
P1梁下部等の作業が可能なように数〜数10mの長尺
化を図った場合には、屋内用マニピュレータに比べ数倍
以」二のモーメントが加わるので、これを制御°するた
めにマニピュレータは大型になり、自重は数100Kg
以上になると予想され、現実の作業に適用することは困
難であると共に、前述したクレーンと同様に長尺のアー
ムを用いるために、作業空間を広くとる必要があり、障
害物の近くでの作業には適さなかった。
第12図は、多関節型マニピュレータを橋梁下e;(の
管路の点検作業に使用することを想定した場合に必要な
作業空間(斜線部)を示し、第13図はスライドアーム
型マニピュレータを上記と同様な状態で使用することを
想定した場合に必要な作業空間(斜線部)を示している
前者の多関節型マニピュレータ101は、その固定端1
03が橋梁105上に配置された運m装置107に取付
けられ、橋梁105の下部のケーブル管路109等に対
し所定の作業を行なう。このような多関節マニピュレー
タ101はそのアーム111を互いに回転可能にジョイ
ンl−113により連結されており、このジヨイント1
13の回転角を制御することによりアーム111を収容
した状態から第12図に示すような作業状態に形状を変
える。その際図中の斜線で示す範囲をアーム111が移
動するため、欄干115や水道管117に衝突する場合
があった。
一方、後者のスライドアーム型マニピュレータは、アー
ム111がジヨイント113でその長さ方向にスライド
し伸縮する機構によってマニピュレータ101の形状を
制御するものである。このによりアーム111を収容す
る場合、アーム111は長さが短縮するのではなく逆方
向に突き出す格好になるため、アーム111は第13図
に斜線で示す範囲を移動し、前述の多関節マニピュレー
タと同様に欄干115や水道管117に澗突ザる場合が
あった。
そこで、上記のような障害物を回避する方法としてマニ
ピュレータのジヨイントを多くして変形の自由度を増や
すことが考えられるが、この方法は構造が複′j41に
なり多数のジヨイントを動かすモータ等の重量のため自
重が重くなるという問題があって実現は困難であった。
一方、リンク機構を用いた移動装置としては、パワーリ
フタが実用化されている。この装置は対向するリンクを
平行に設置したリンク機構を用いており、コンパクトな
構造で艮いス1−〇−りを実現できる。ところが、この
装置は直線経路をもつ昇降機能を有するのみであるため
、橋梁下部のj;うな曲線経路を必要とし、周囲に障害
物があるような場合には不適である。
この発明は、このような従来の問題点に着目して創案さ
れたもので、限定された空間内での曲線経路上の移動が
可能な小型軽量のマニピュレータの提供を目的とする。
[問題点を解決するための手段] この目的を達成するためにこの発明は、第1のリンクと
第2のリンクとをそれぞれ所定の比に内分する位胃にて
前記各リンクを互いに回転可能に第1のジヨイントで連
結してリンクi構の一要素を構成し、この一要素をリン
ク端にて第2のジヨイントで互いに回転可能に複数ll
1iI連結させる構成とした。
[実施例] 以下、この発明の実施例を第1図〜第11図に基づき詳
細に説明する。
第1図〜第9図はこの発明の第1の実施例で、橋梁1の
下部にはケーブル用管路3が施設されてd3す、この橋
梁1の上部には後述するマニピュレータ5を運搬する運
llQ装置7が置かれている。
マニピュレータ5は、第1のリンク9と第2のンク11
とを互いに交差させてそれぞれ所定の比の内紛する位置
にて第1のジヨイント13で互いに回転可能に連結して
リンク機構15の一要素を構成している。このリンク機
構15の一要素はリンク端にて第2のジヨイント17で
回転可能に10個直列に連結されている。
これら複数個のリンク機構15のうち入力側すなわら運
′m装置7側から8個は第1のジヨイント13により各
リンク9.11が各別に内分される比が2:3:3:2
となる不等長リンク機構であり、この不等長リンク機構
以降の出力側2個のリンク機構15は等長リンク機構と
なっている。
8個の不等長リンク機構のうち入力側端部のリンク機構
15の第1のリンク9の端部は、運搬装置7に対し上下
方向に移動可能な入力fla 19に回転可能に装着さ
れており、同じく第2のリンク11の端部は運搬装置7
に固定された固定端21に回転可能に装着されている。
2つの等長リンク機構のうら出力側端部のリンク機構1
5の第1、第2のリンク9.11の端部には第2のジヨ
イント17を介して第3のリンク23および第4のリン
ク25の各一端が回転可能に取付けられており、この各
リンク23.25の他端は第3のジヨイント27により
互いに回転可能に結合されている。更に、この第3のジ
ヨイント27にはテレビカメラ、ロボットハンド等のエ
ンドフエクタ(手先効果器)2つが装着されている。
第2図はマニピュレータ5を構成するリンク機構の一要
素(不等長リンクの一要素)を説明するための拡大され
た図であって、第1のリンクaと第2のリンクbとは第
1のジヨイントCにより回転可能に連結されており、入
力側の第2ジヨイントd 、 eの相対的位置を入力と
して出力側の第2のジヨイントf、(Jの相対的位置を
出力として1qることができる。この実施例では不等長
リンクの比すなわちジヨイントc−e間の長さ、ジヨイ
ントc−d間の長さ、ジヨイントc−g間の長さ、ジヨ
イントc−f間の長さの4つの値の比を2:3:3:2
としである。
ここで、第2図において第2のジヨイントd。
0 、 ’J 、 f (7) 座e”e: ツレツレ
P +(−Xr<;)、’jrに))、P 2(ム1゛
)7界ン)、   P 3に(iすl)2%(rrl)
)   ・   p4とJ(iガラ1よ(/1/)) 
  と 置 くどき、P+ 、P2の位置を入力として
P3.P4の位置が次の順化式として与えられる。
−に(=)=(1ン−f−1(i))ソ(i;と)ンリ
々ユ(1ンと(ハJ2to’)i’−1x<r)プム(
1);  う1インドC71−蝙4ント J ヒθ!ロ
島慄β工(1);  シーイ:4−c冒 う°tイン1
−e  い 距鳥電12〕CrB−イ〉10鉦ジ゛aシ
I−3t、f、xE、、1做−e+<r>; ヨ)イン
ドこと シ゛3イ斗寸ヒ、v*仁l−1〜・ 上式を利用し、第1図に示したマニピュレータ5につい
て、入力側の第2のジヨイント17に対する出力側の第
2のジヨイント17の位置を、入力端19側のリンク機
構15から次々にs1εンしてゆくことによって求める
ことができ、その結果、このマニピュレータ5は第3図
から第8図に示すような軌道上を移動し橋朶1の下部に
ある管路3に対して所定の作業を逐行することができる
第9図にマニピュレータ5の移動空間を斜線にて示して
いる。マニピュレータ5は、常にこの限られた領域内を
移動するため、周囲に多くの障害物がある場合にこれを
避けて作業をすることが可能となる。
このようなマニピュレータ5の移動経過、姿勢および移
動空間等は各リンクの長さならびにジヨイントの位置を
適宜設定することにより任意に決定できる。
第10図は第2の実施例を示す第2図に相当するリンク
機構の一要素を表わしている。この実施例は第1のリン
ク31と第2のリンク33とにそれぞれリンク長方向に
溝35.37を設け、この2つの溝35.37内を第1
のジヨイント39がそれぞれ移動可能な状態で設けられ
ている。なお、符号41はリンク機構同志を互いに連結
する第2のジヨイントである。この移−動可能なジヨイ
ント39の位置により決定する各リンク33.35の内
分比は橋梁現場の寸法に合わせて作業前に設定してもよ
いが、現場における障害物の存在を考慮すると、マニピ
ュレータの操作中に第1のジヨイント39を調整しなが
ら目標物に近接させるのがよい。なお、第1のジヨイン
ト3−9の位置調整用動力源として、小型の油圧あるい
は空気圧モータ等を用いてもよい。
第11図は第3の実施例を示している。この実施例は第
1のリンク43と第1のジヨイント45にて回転可能に
互いに連結する第2のリンク47をボールねじ49で構
成し、このボールねじ49上を第2のジヨイント51d
が設Gプられたナツト部材53が移動することで、第1
のジヨイント45と第2ののジヨイント51dとの間隔
を適宜長に設定することができる。ナツト部材53の移
動は手動または第2のリンク47に組込んだモータによ
り行なう。なお、符号51a、51b、51Cは第2の
ジヨイントである。
[発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、第1のリンクと第2の
リンクとをそれぞれ所定比に内分する位置にて各リンク
を回転可能に第1のジヨイントで連結したリンク機構を
第2のジヨイントで複数個連結したため、小型軽量に構
成でき、しかも障害物があって移動空間が限定されるよ
うな作業現場であってもこの障害物を回避して所定の作
業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図はこの発明の第1の実施例に係わり、第
1図は作業現場である橋梁まわりに配置したマニピュレ
ータの構成図、第2図は第1図のマニピュレータを構成
するリンク機構の一要素の説明図、第3図〜第8図はマ
ニピュレータの移動経過を示す説明図、第9図はマニピ
ュレータの移動空間を示す説明図、第10図は第2の実
施例のリンク機構の一要素の正面図、第11図は第3の
実施例のリンク機構の一要素の正面図、第12図は従来
の多関節型マニピュレータの移動空間を承り説明図、第
13図は従来のスライドアーム型マニピュレータの移動
空間を示J−説明図である。 5・・・マニピュレータ  9・・・第1のリンク11
・・・第2のリンク  13・・・第1のジヨイント1
5・・・リンク機構   17・・・第2のジョイン1
−5:マニピュレータ 9:11.)’J)り       χ1 図13:第
2のリンク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1のリンクと第2のリンクとをそれぞれ所定の
    比に内分する位置にて前記各リンクを互いに回転可能に
    第1のジョイントで連結してリンク機構の一要素を構成
    し、この一要素をリンク端にて第2のジョイントで互い
    に回転可能に複数個連結させたことを特徴とするマニピ
    ュレータ。
  2. (2)第1のジョイントを少なくとも一方のリンクに対
    しリンク長方向に移動可能に設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のマニピュレータ。
  3. (3)少なくとも1つの第2ジョイントをリンク長方向
    に移動可能に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のマニピュレータ。
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