WO1989002350A1 - Flexible arm robot - Google Patents

Description

明 細 書

可撓腕 ロ ボ ッ ト

発明 の技術分野

本発明 は、 凸状 に 湾曲 し た接.触面 に て互 い に接触す る よ う に 直列 に配置 さ れた 多 く の要素 と 、 互 に 隣接す る 要 素の 間で作動す る よ う に 、 ま た は各要素 に 作用す る よ う に配置 さ れて動力発生及び動力伝達 ま た は そ の い ずれ力、 を行な う 作動具 と を有 し 、 先端部 に道具を支持 し て こ の 道具を広 い範囲 に わ た っ て移動す る よ う に し た 可撓腕 口 ボ ッ ト に関す る も の で あ る 。

発明 の背景技術

こ の種の可撓腕 ロ ボ ッ 卜 は特公昭 5 9 ^ 2 1 7 5 6 号 公報 （ 応米国特許 N o . 4 , 3 9 3 , 7 2 8 ) に て既 に知 ら れて い る 。

該公報 に 開示 さ れて い る 可撓腕 ロ ボ ッ 卜 は 、 凸状 に湾 曲 レ た両面を接触面 と す る 多数個 の 要素を備 え 、 隣接す る 各要素が互 に接触す る よ う に 直列 に配置 さ れて お り 、 そ し て各要素の周辺部分 に は互 に等間隔で離れた複数箇 所 （例え ば 4 箇所） にケ ー ブル等か ら 成 る 複数本 （例 え ば 4 本） の 作動具が貫通 さ れて い る 。 こ れ ら 作動具の そ れぞれの先端 は最先端 に位置す る 要素 に 各 々 連結 さ れ、 一方、 そ れぞれの 基端 は別個 に設 け た複数個 (例え ば 4 個） の駆動装置 に連結 さ れて い る 。 該駆動装置 の 各 々 は 対応す る 作動具を選択的 に 引 張 る か ま た は緩 め る た'め の 装置であ っ て、 例え ばモ ー タ で両方向 に 回転せ し め ら れ る ド ラ ム装置や伸縮 自 在な油圧 シ リ ン ダ装置等が用 い ら れ る 。

以上の よ う に構成 さ れた可撓腕 ロ ボ ッ ト は、 作動具が 引張 ら れた方向 に湾曲する よ う に な っ て い る 。

前記 し た従来の可撓腕 ロ ボ ッ ト で は、 複数本の作動具 の それぞれを別個 に設け た複数個の駆動装置で個 々 に作 動す る よ う に なっ て い る 。 そ の た め、 今、 作動具の作動 ス ト ロ ー ク を L と する と 、 例え ば油圧 シ リ ン ダ装置の場 合 に は、 そ の最大長 は 2 L 以上を要す る 。 従 っ て、 こ の 油圧 シ リ ン ダ装置が作動具 と 同 じ 数だけ設け ら れ る 可撓 腕 ロ ボ ッ ト の駆動部 は大 き な ス ペ ー ス が必要に な る と 共 に、 重'量 も 極めて重 く な る 。 特に、 よ り 遠方の 、 かつ 、 よ り 広範囲 な作業に対応す る よ う に、 複数組の可撓腕を そ れぞれの駆動部を介 し て直列 に配列 し た可撓腕 ロ ボ ッ ト に お い て は、 接す る 可撓腕の 中間部 に位置する 駆動 部の重量が重い た め に可撓腕 ロ ボ ッ ト 自 体の耐久性が著 じく 低下す る 。

さ ら に 、 駆動部の 占 め る ス ペー ス が大 き く な る こ と に よ っ て、 可撓腕 ロ ボ ッ ト を大型化せ ざ る を得ず、 こ の た め使用場所が限定 さ れて し ま う と 言 う 不都合 も あ る 。

発明 の概要

本発明 は前記 し た従来技術に お け る 諸事情に鑑みてな さ れた も ので、 そ の 目 的 は、 作動具駆動用 モ ー タ を小型 で軽量な 小容量の も の にす る こ と がで き る と 共 に 、 駆動 部を小型化かつ軽量化 し た可撓腕 ロ ボ ッ ト を提供す る こ と で あ る 。

前記の 目 的を達成す る た め に 、 本発明 の第一態様 に よ れば、 凸状 に 湾曲 し た そ れぞれの両面が接触面 と な る よ う に 直列 に配置 さ れた多数個の要素 と 、 こ れ ら 要素の そ れぞれの周辺部で あ っ て、 かつ互 に等間隔 に 離れた複数 箇所で貫通 さ れ、 各 々 先端を前記要素群の最先端要素 に 連結 し た複数本の ワ イ ヤ状作動具 と 、 そ し て前記要素群 を湾曲 さ せ る た め に該 ワ イ ャ状作動具の そ れぞれの基端 ど連結 し て こ れ ら 作動具を選択'的 に 引 張 り 及び緩め る た め の複数個 の駆動装置 と を備え た可撓腕 ロ ボ ッ ト に お い て、 各 々 が前記複数本の 作動具の う ち の互 に対角 線上 に 対向す る 一組の作動具の 各 々 の基端 と そ れぞれ連結 さ れ る と 共 に 、 各 々 が一つ の モ ー タ に よ っ て時計お よ び反時 計の両方向 に 回転せ し め ら れ る 回転体を介 し て駆動 さ れ る 二個の駆動ュニ ッ ト を互 に干渉 し な い よ う に 設.け た こ と を特徴 と す る 可撓腕 ロ ボ ッ ト が提供 さ れ る 。

本発明 の第二態様 に よ れば、 前記第一態様 に記載の駆 動ュニ ッ 卜 の各 々 が、 前記一組の ワ イ ヤ状作動具の各 々 の基端 と そ れぞれ連結 し 、 かつ互 に対向 し て可動 自 在 に 設 け ら れた一組の ラ ッ ク 杆 と 、 そ し て こ れ ら ラ ッ ク 杆 と 同時 に嚙合す る よ う に両 ラ ッ ク 杆の 中 間 に 配置 さ れ、 一 つ の モ-一 夕 に よ っ て時計お よ び反時計の両方向 に 回転せ し め ら れ る 一個の ピニオ ン と を含む こ と を特徵 と す る 可 撓腕 ロ ボ ッ ト が提供 さ れ る 。

本発明 の第三態様に よ れば前記第一態様に記載の駆動 ュニ ッ 卜 の各々 が、 一つ の モ ー タ に よ っ て時計お よ び反 時計の両方向 に 回転せ し め ら れ る 一個の プー リ と 、 該プ — リ に ス リ ッ プ し な い よ う に巻 き 付け ら れ、 両端を前記 一組の ワ イ ヤ状作動具の各々 の基端 と そ れぞれ連結 し た 一本のベル ト と を含む こ と を特徵 と す る 可撓腕 ロ ボ ッ ト が提供 さ れる 。

本発明の第四態様に よれば、 前記第一態様に記載の駆 動.ュニ ッ 卜 の各々 が、 前記一組の ワ イ ヤ状作動具の 各々 の基端 と それぞれ連結 し た一'組の搢動部材 と 、 ギ ヤ · ト レ イ ン を介 し て一つ の モ ー タ に よ っ て回転せ し め ら れ、 前記一組の搢動部材の そ れぞれ と 嫘合せ し め ら れ る 一組 の螺杆 と を含み、 そ こ に お い て前記一組の摺動部材は互 に逆方向 に揞動せ し め ら れ る よ う に な っ て い る こ と を特 徵 と す る ^撓腕 ロ ボ ッ ト が提供 さ れ る 。

前記な ら びに他の本発明 の 目 的、 態様、 そ し て利点は 本発明 の原理に合致す る 好適な具体例が実施例 と し て示 さ れてい る以下の記述お よ び添附の 図面に関連 し て説明 さ れ る こ と に よ り 、 当該技術の熟達者に と っ て明 ら か に な る であ ろ う 。

図面の 簡単な説明 '

第 1 図 は本発明 の可撓腕 ロ ボ ッ ト の第一具体例を示す 要部の概略構成説明 図で あ り 、 第 2 図 は本発明 の可撓腕 ロ ボ ッ 卜 の第二具体例を示す要部の概略構成説明 図で あ り 、 そ し て第 3 A 図及び第 3 B 図 は本発明 の 可撓腕 ロ ボ ッ 卜 の第三具体例を そ れぞれ示す要部の概略構成説明 図 で あ る 。

好 ま し い具体例 の詳細 な説明

以下に、 添附の 図面 と 関連 し て本発明 を さ ら に詳細 に 説明す る 。

先ず、 本発明 の第一具体例を第 1 図 に基づい て説明す る o

図中 1 は図示 し な い枠体に 固着 さ れた基台で あ り 、 こ の基台 1 上に 凸状 の接触面を有す る 多数個の要素 2 a ,

2 b , 2 c ， … 2 ri が直列状 に積重ね配列 し あ り 、 こ の 各要素の周辺部分 に互 に等間镉で離れた 四箇所に ワ イ ャ に て構成 さ れ る 作動具 3 a , 3 b , 3 c ， 3 d が時計 方向 ま た は反時計方向 に順 に貫通 さ て い る 。 そ し て こ れ ら の ワ イ ヤ の 各 々 の先端部が、 最先端 に配置 さ れた要素 2 n に連結 さ れて い る 。 上記各作動具 3 a , 〜 3 d の基 端部 は基台 1 の 下側 に揷通 さ れ、 こ れ ら の 各基端 に は二 組の駆動ユニ ッ ト を構成す る ラ ッ ク 4 a , 4 b , 4 c , 4 d がそ れぞれ連結 さ れて い る 。 こ れ ら の 各 ラ ッ ク 4 a 〜 4 d の う ち 、 互い に対角線上 に対向す る 二組の作動具 3 a , 3 c お よ び 3 b , 3 d に そ れぞれ連結 さ れた二組 の ラ ッ ク 4 a と 4 c 及び 4 b と 4 d が そ れぞれ互 に対向 し 、 かつ 各組の ラ ッ ク は互に上下 に位置をず ら せて互い に干渉 し な い よ う に な っ てい る。 そ し て各組の ラ ッ ク の そ れぞれに は ピニオ ン 5 a , 5 b 力 嚙合 し てあ る 。 こ の 両 ピニォ ン 5 a , 5 b はそ れ ら 各の面の 向 き が互に 90。 位相がずれて い て、 そ れぞれの支持体 6 0 a お よ び 60 b な ら びに こ れ ら の支持体 6 0 a , 6 0 b を さ ら に支持す る 中 間扳 6 を介 し てばね等の負荷部材 7 に て基準張力 F が付加 さ れてい る 。 こ の負荷部材 7 は油圧 シ リ ン ダ装置 を用 い て も よ い。

各 ピニオ ン 5 a , 5 b の 各 々 の 回転軸 5 0 a ， 5 0 b に はそ れぞれモ ー タ 8 a , 8 b が連結 さ れてい る 。 上記 各 ラ ッ ク 4 a 〜 4 d はそれぞれ図示 し な い案内部材 に摺' 動 自 在に支持 さ れて い る 。 ·'

上記構成に おい て、 4 本の作動具 3 s ， 〜 3 d の そ れ ぞれは負荷部材 7 に よ っ て均等な基準張力が作用せ し め ら れてお り 、 こ れに よ り 、 多数個の要素 2 a , 2 b , 2e, … 2 n にて構成 さ れ る 可撓腕 ロ ボ ッ ト は基台 1 に対 し て 直立状態 と な る よ う に付勢さ れ る 。

こ の状態で、 例え ば一方の ピニオ ン 5 a がモ ー タ 8 a に て時計方向 に回転せ し め ら れ る と 、 こ の ピニオ ン 5 a に嚙合す る 両ラ ッ ク 4 a , 4 c の う ち の一方の ラ ッ ク 4a が上動 し 、 他方の ラ ッ 'ク 4 c が下動す る 。 従 っ て上動 し た方の ラ ッ ク 4 a に連結 し た方の作動具 3 a は.上記基準 張力 よ り も ゆ る め ら れ、 下動 し た方の ラ ッ ク 4 c に連結 し た方の作動具 3 c は基準張力 に さ ら に張力力 力 Πえ ら れ 可撓腕 ロ ボ ッ ト は第 1 図図示 の よ う に 張力が加 え ら れた 方へ湾曲変形 さ れ る 。

こ の と き の一方の 作動具 3 a が ゆ る め ら れ る 力 と 、 他 方の 作動具 3 c に加え ら れ る 力 と は作用方向が異 な る が 同等値で あ る 。 こ の と き 、 基準張力 は負荷部材 7 に て付 加 さ れて い る の で、 ピニオ ン 5 a を駆動す る モ ー タ 8 a は 2 本の 作動具 3 a ， 3 c に よ る 口 ボ ッ 卜 の湾曲 に要す る 力 だ け を 出せばよ い。

ま た他方の モ ー タ 8 b に て他方の ピニオ ン 5 b 力く回転 せ し め ら れ る こ と に よ り 、 上記の場合 と 同様の作用 に よ り 、 ピニオ ン 5 b の 回転角 に応 じ て湾曲 さ れ る 。

そ し て両モ 一 夕 8 a , 8 b を 同時に 回転制御す る こ と に よ り 、 可撓腕 ロ ボ ッ 卜 は所望す る 方向 に湾曲せ し め ら れ る 。

次 に 、 本発明 の第二具体例が第 2 図 に基づい て説 明 さ れ る 。 尚、 第 2 図 に い て第 1 図 と 同一符号お よ び同一 記号で示 さ れ る 各部 は第一具体例 と 同一機能を有す る 部 分で あ る の で重複を避け る た め に説明 を省略す る 。

第 2 図 に お い て、 二組の 作動具 3 a , 3 c な ら び に 3 b 3 d を そ れぞれ駆動す る 二組の駆動ュニ'ッ ト は、 基台 Ί の 下方 に 互 に上下の 位置関係で配置 さ れ た二個 の プ 一 リ 9 a , 9 b と 、 そ し て こ れ ら の プー リ 9 a , 9 b に そ れ' ぞれ ス リ ッ プ し な い よ う に 巻 き 付 け ら れた ベル ト 等 の 連 結部材 3 0 a お よ び 3 0 b と 力、 ら成 る 。 プー リ 9 a , 9b は それぞれモ ー タ 8 a , 8 b に よ り 時計方向 お よ び反時 計方向に 回転 自 在に さ れてお り 、 ま たベル ト 3 0 a , 3 0 b の 各々 の両端はそれぞれ作動具 3 a ， 3 c な ら び に 3 b , 3 d の基端に連結 さ れてい る 。 ·

斯 く し て、 プー リ 9 a お よ び / ま た は 9 b を時計方向 ま た は反時計方向 に回転せ じめ る こ と に よ っ て、 作動具 3 a ま た は 3 c お よ び Zま た は作動具 3 b 、 ま た は 3 d が引-張 ら れ る か ま た は緩め ら れ る か し て、 可撓腕 口 ボ ッ 卜 は所望の方向へ湾曲せ し め ら れる 。

さ ら に、 第 3 A 図お よ び第 3 B 図 に.基づい て本発明の 第 具体例が以下に説明 さ れる 。， 尚、 前記第二具体例の 場合 と 同様 fこ 、 第 3 A 図 お よ び第 3 B 図 おい て、 第 1 図 と 同一符号お よ び同一記号で示 さ れ る 各部は第一具体 例 の も の と 同一機能を有す る の で重複を避け る た め に説 明 は省略す る 。

第 3 A 図力、 ら 明 ら かな よ う に、 一組の作動具 3 a , 3c の 各 々 の基端 は ロ ボ ッ ト 枠体に上下摺動 自 在に支持 さ れ た搢動部材 1 0 a , 1 0 c に それぞれ連結 さ れて い る 。 こ れ ら の摺動部材 1 0 a , 1 0 c は、 ギ ヤ · ト レ イ ン 1 1 a を介 し てモ ー タ 8 a に よ り 回転せ し め ら れ る 二本 の垂直螺杆 1 2 a , 1 2 c に嚙合 さ れてい る 。 図示 の第 三の具体例 に あ っ て は、 二本の螺杆 1 2 a ， 1 2 b はギ ャ * ト レ イ ン 1 1 a の介在に よ り 乇 一 夕 8 a に て互 に同 —方向 に 回転せ し め ら れ る の で、 作動具 3 a , 3 c の い ずれか一方を 引 張 り 、 他方を緩め る よ う に前記摺動部材 1 0 a , 1 0 c を互 に逆方向 に摺動 さ せ る た め に 、 嫘杆 1 2 a , 1 2 , b の い ずれか一方の ネ ジ は逆ネ ジ に形成 さ れて い る 。

し 力、 し 、 図示 し な いが、 螺杆 1 2 a , 1 2 b を各 々 同 —ネ ジ に 形成す る 場合 に は、 モ ー タ 8 a 力、 ら の 回転を ギ ャ ♦ ト レ イ ン等の動力伝達部 に て互 に逆回転 と な る よ う に二本の螺杆 に 伝達すれば良 い。

第 3 B 図 は、 他の組の作動具 3 b ， 3 c を駆動す る た め の駆動ュ.ニ ッ ト を示 し てお り 、 そ の構成お よ び作用 の いずれ も 第 3 A 図の駆動ュニ ッ ト の そ れ ら と 同様な の で 説明 は省略す る 。

尚、 第 3 A 図お よ び第 3 B 図 に お い て、 各組の摺.動部 材 1 0 a , 1 0 c な ら び に 1 0 b , 1 0 d 力 各 々 の搢動 時に互 に干渉 し な い よ う に設 け ら れて い る こ と は言 う ま で も な い。

Claims

請求の範囲

1 . 凸状に湾曲 し た それぞれの両面が接触面 と な る よ う に 直列 に配置 さ れた多数個の要素 と 、 こ ら れ要素の そ れ ぞれの周辺部で あ つ てかつ互に等間隔 に離れた複数箇所 で貫通 さ れ、 各々 先端を前記要素群の最先端要素に連結 し た複数本の .ワ イ ヤ状作動具 と 、 そ し て前記要素群を湾 曲 さ せ る た め に該 ワ イ ャ状作動具の そ れぞれの基端 と 連 結 し て こ れ ら 作動具を選択的 に 引 張 り 及び緩め る た め の 複数個の駆動装置 と を備え た可撓腕 ロ ボ ッ ト に お い て、 各々 が前記複数本の作動具の う ち の互に対角線上に対向 す る 組の 作動具の各々 の基端 と そ れぞれ連結 さ れ る と 共 に、 各 々 が一つ の モ ー '夕 に よ っ て時計お よ び反時計の 両方向 に 回転せ し め ら れる 回転体を介 し て駆動 さ れ る 二 個 の駆動ュニ ッ ト を互に干渉 し な い よ う 設け た こ と を 特徵 と す る 可撓腕 ロ ボ ッ 卜 。

2 . 請求の範囲第 1 項に記載の可撓腕 ロ ボ ッ 卜 であ っ て、 前記駆動ュニ ッ ト の各々 が、 前記一組の作動具の各 々 の 基端 と そ れぞれ連結 し 、 かつ互に対向 し て可動 自 在に設 け ら れた一組の ラ ッ ク 杆 と 、 そ し て こ れ ら の ラ ッ ク 杆 と 同時に嚙合す る よ う に両ラ ッ ク 杆の 中 間 に配置 さ れ、 一 つ の モ ー タ に よ つ て時計お よ び反時計の両方向 に 回転せ し め ら れ る 一個 の ピニオ ン と を含む こ と を特徴 と す る 可 撓 口 '下 ッ 卜 ο ■

3 . 請求の範囲第 1 項に記載の可撓腕 ロ ボ ッ 卜 で あ っ て、 前記駆動ュニ ッ 卜 の 各 々 が、 一つ の モ ー タ に よ っ て時計 お よ び反時計の両方向 に 回転せ し め ら れ る 一個 の プ ー リ と 、 該 プー リ に ス リ ッ プ し な い よ う に巻 き 付 け ら れ、 両 端を前記一組の ワ イ ヤ状作動具の 各 々 の基端 と そ れぞれ 連結 し た一本の ベル ト と を含む こ と を特徴 と す る 可撓腕 π ホ ッ ト 。

4 . 請求の範囲第 1 項 に記載の可撓腕 ロ ボ ッ ト で あ っ て 前記駆動ュニ ッ 卜 の 各 々 が、 前記一組の ワ イ ヤ状作動具 の 各 々 の基端 と そ れぞれ連結 し た一組の搢動部材 と 、 ギ ャ · ト レ イ ン を介 し て一つ の モ ー タ に よ っ て 回転せ し め ら れ、 前記一組の搢動部材の そ れぞれ と 螺合せ し め ら れ る 一組の 螺杆 と を含み、 そ こ に お い て前記一組の摺動部 材 は互 に逆方向 に搢動せ し め ら れ る よ う に な っ て い る こ と を特徴 と す る 可撓腕 ロ ボ ッ 卜 が提供 さ れ る 。