JPS6220957A - シリアルリンクの動力伝達機構 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、多関節型アームロボットあるいはそのエンド
エフェクタの把持機構などに好適なシリアルリンクの動
力伝達機構に関する。

（ロ）従来の技術 シリアルリンクとは、第３図に示すように１台座ＬＯに
複数のリンクＬＬ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４と可動関節Ｊｌ、
Ｊ２゜Ｊ３．Ｊ４が連結された機構をいう。同図はピッ
チ運動の関節Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ４とヨー運動の関節Ｊ３を
連結した例である。

このようなシリアルリンクにおいて、各関節を駆動する
基本的な方法は、各関節の回転軸に電動機などのアクチ
ュエータを直接取り付けるものであ乞が、この場合、ア
クチュエータ自体の重量が下段に取り付けられた他のア
クチュエータの負荷になり、またリンク機構のイナーシ
ャ増大となり、運転特性の悪化を招くという不都合が生
じる。

そこで、このような不都合を除くため、リンク機構の代
りにワイヤベルト等の動力伝達機構を用いると共に、そ
のアクチュエータをシリアルリンクの根本に配置する方
法が従来とられていた。

第４図は、リンクＬＬ、Ｌ２．Ｌ３の根本にアクチュエ
ータ１，２．３を配置したシリアルリンク機構の一例で
ある。即ち、ＬＯは台座であり、リンク１，１は、関節
Ｊ１の軸に回転可能に取り付けられたプーリ４に固着し
ており、アクチュエータ１の動力がプーリ５からワイヤ
ベルトによってプーリ４に伝達されることにより回転す
る。リンクＬ２は、関節Ｊ２の軸に回転可能に取り付け
られたプーリ６に固着しており。

アクチュエータ２の動力がワイヤベルトによりプーリ７
から関節Ｊ１に回転可能に取り付けられた中継用プーリ
８を経てプーリ６に伝達されることにより回転する。リ
ンクＬ３も、同様にプーリ９に固着しており、アクチュ
エータ３の動力がプーリ１０から中継用プーリ１１，１
２を経てプーリ９に伝達されることにより回転する。な
お、この例では、ピッチ回転の関節を３個連結したリン
クを例にしたが、関節の軸方向は、ピッチ、ヨー、ロー
ルいずれでも。

また連結する数も任意にとり得る。

このように構成することにより、アクチュエータ自体の
重量がアクチュエータの負荷になる問題。

イナーシャ増大の問題は解消できる。

しかし、この例では、１つの関節には、１台のアクチュ
エータしか作用せず、１つの関節のみの駆動時には他の
２台のアクチュエータが無用の存在となり、動力源の利
用効率が悪いという問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は、多種類の関節配置を有するシリアルリンク機
構に適用可能で、かつ、複数のアクチュエータの動力を
同時に有効利用できるシリアルリンクの動力伝達機構を
提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、シリアルリンクにおいて、関節の回転部材の
各々に、一つはその回転部材のすぐ下段の回転部材から
、他はシリアルリンクの根本に配置した動力源の１つか
ら直接動力を伝達するようにしたことを特徴とするもの
である。

（ホ）作用 上記の構成によれば、個々の関節運動のために、常に複
数のアクチュエータの動力が作用し、動力源を効率良く
利用でき、駆動トルクを高めることができる。

（へ）実施例 本発明の一実施例に係るシリアルリンク動力伝達機構の
基本構成を第１図に示す。

台座ＬＯとリンクＬ１は関節Ｊ１で連結され、リンクＬ
１とリンクＬ２は関節Ｊ２で連結される。関節Ｊ１の軸
にはそれぞれ図示せぬアクチュエータにより独立に駆動
され回転する駆動プーリ１６，１７が取り付けられてい
る。また、関節Ｊ２の軸にはリンクＬ２に固着されたプ
ーリ１８が回転可能に取り付けられており、プーリ１８
とプーリ１６は順方向にプーリ１８とプーリ１７はたす
き掛け゛にワイヤベルトが掛けられている。ただし、ワ
イヤベルトとプーリ間のすベリはないように工夫されて
いる。

今、駆動プーリ１６と駆動プーリ１７を反対方向に同角
度回転させると、プーリ１８は２本のワイヤベルトから
同方向に回転トルクを受は駆動プーリ１６と同方向に同
角度回転する。つまり、リンクＬ２だけが、関節Ｊ２の
軸を回転軸として回転する。次に。

駆動プーリ１６と１７を同一方向に同角度回転させると
、プーリ１８は２本のワイヤベルトから相反する回転ト
ルクを受け、関節Ｊ２の軸を回転軸とすることができず
、リンク上１全体が関節Ｊ１の軸を回転軸として駆動プ
ーリ１６および１７と同一方向に同角度回転する。

ここで、駆動プーリ１６と１７の回転させる角度をそれ
ぞれα１．α２１台座に対するリンクＬ１の角度を０１
、リンクＬ１に対するＬ２の角度θ２とすると、下記の
関係式が成り立つ。

■ θ１＝□（α１＋α２）　　　　・・・・・・（１）こ
のように、駆動プーリ１６と１７を様々な方向および角
度αｌ、α２で回転させれば、リンクＬ１とＬ２を所望
の方向および角度θ１．θ２に回転させることができ、
２個のアクチュエータを同時に有効利用できる。

以上はリンク数２の基本構成例であるが、リンり数は任
意に構成することができる。

第２図は、リンク数４の構成例である。ＬＯは台座、Ｌ
ｌ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４は関節Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３．Ｊ４の
軸に固着して取り付けられたリンクである。１９，２０
．２１．２２は関節Ｊ１の軸に回転可能に取り付けられ
、それぞれ図示せぬアクチュエータにより独立に駆動さ
れるプーリである。２３，２４．２５はリンクＬ２．Ｌ
３．Ｌ４および関節Ｊ２．Ｊ３．Ｊ４の軸に固着して取
り付けられたプーリである。２６，２７．２８は関節Ｊ
２．Ｊ３の軸に回転可能に取り付けられた中継プーリで
ある。関節Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３゜Ｊ４の軸は１台座ＬＯ，
リンクＬＬ、Ｌ２．Ｌ３に回転自在に支持されている。

ここで、駆動プーリ１９，２０，２１．２２の回転角度
をそれぞれα１．α２．α３．α４、リンクＬＬ、Ｌ２
．Ｌ３゜Ｌ４の回転角度をそれぞれθＩ、θ２．θ３．
θ４とし、また、考察の便宜上、プーリ２３，２４，２
５，２６，２７゜２８の回転角度をそれぞれα２３．α
２４．α２５゜α２６．α２７．α２Ｂと仮定する◎ 前記の（１）式にならって、駆動側のプーリが同方向に
回転する場合を考えると１次式が成り立つ。

０１　＝−（α１　＋α２）　　　　　　・・・・・・
（３）θ２．＝−（α２３＋α２６）　　　・曲・（４
）Ｄ３＝　　　　　（α２４＋α２８）　　　　……（
５）同様に（２）式にならって、逆方向に回転する場合
を考えると１次式が成り立つ。

α２３＝　　　　（α■−α２）　　　　・・・・・・
（６）α２４：　　　　（α２３＋＋＋α２６）　　…
…（７）α２５：　　　　（α２４−α２１１）　　　
・・・・・・（８）一方、 α２６＝α３　　　　　　　　　　　・・・・・・（９
）α２８＝α４　　　　　　　　　　　・・・・・・（
１０）である。（以下余白） さて、（４）式と（６）式および（９）式から、θ２＝
□（α２３＋α２６） ・・・・・・（１１） （５）式と（７）式および（９）式から、■ θ３＝□（α２４＋αｚａ） となり、これに（６）式と（９）式を代入すると、＋□
α４　　　　　　　　　・・・・・・（１２）（８）式
をもとに、このように求めると、となる。

従って、（３）式、（１１）式、　（１２）式、　（１
３）式をまとめると、次式のように表わすことができる
。

・・・・・・（１４） この実施例では、以上のようにして、４つのリンクし１
〜Ｌ４を４つのアクチュエータを効率良く利用してそれ
ぞれ自由に回動させることができる。

なお、リンク数は任意にとり得ることは言う迄もない。

また、上記実施例では、ワイヤベルトとプーリを用いて
実現した例にろいて示したが、これに代えてタイミング
ベルト機構や歯車機構等ワイヤベルトのたすき掛けと同
等の働きをする機構であれば何でも応用することができ
る。更に、上記の例のようにピッチ回転を連ねたリンク
に限らず、ピッチとヨーを組み合わせたリンク系にも応
用可能である。

（ト）発明の詳細 な説明したように本発明しこよれば、個々の関節を複数
のアクチュエータで駆動するようにしたので、動力系の
利用効率が向上し、駆動トルクも高まると同時に、従来
に比べ多くの種類の関節配置を有するシリアルリンク機
構に適用可能な動力伝達機構が簡単に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシリアルリンク用動力
伝達機構の基本構成図、第２図は本発明の他の実施例を
示すシリアルリンク用動力伝達機構の構成図、第３図は
シリアルリンクの一般的な説明図、第４図は従来のシリ
アルリンクの構成図である。 ＬＯ・・・台座、ＬＬ、Ｌ２・・・　リンク、Ｊｌ、Ｊ
２・・・　関節、１６，１７・・・駆動プーリ、１８・
・・プーリ。 代理人　弁理士　　紋　１）　坤、、）＼、＞／ 第１図 第２図 第３図 」４ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リンクの一端部に回転体を固定し、この回転体を
   同様に構成された他のリンクの他端部で回動自在に保持
   することにより複数のリンクを直列に連結してシリアル
   リンクを構成すると共に、複数の動力源をそのシリアル
   リンクの根本に配置し、前記各回転体にはそれぞれその
   すぐ下段の回転体から動力を伝達する機構と、前記動力
   源の１つから直接動力を伝達する機構とを設けて成るこ
   とを特徴とするシリアルリンクの動力伝達機構。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載において、前記回転体
   に伝達する２つの動力の伝達方向を変えることにより、
   前記回転体の駆動と、その回転体を保持するリンクの駆
   動とを得ることを特徴とするシリアルリンクの動力伝達
   機構。