JPH0224086A - 多自由度関節 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マニピュレータなどの関節に利用される多
自由度関節に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば機械設計第２８巻第１１号（１９８４年
１０月号）Ｐ６２に示された従来の多自由度関節の一例
の構成を示す正面図であり、図において、（１）はアー
ム、（２ａ）　、　（２ｂ）　、　（２Ｃ）は回転アク
チュエータ、（３）はフランジ、（、ｉａ）　、　（、
ｉｂ）　、　（４Ｃ）は回転中心である。

また、第５図は別の従来例を示す概略構成図であり、特
開昭６０−１３５１８４号公報に示されたものである。

図において、（５）は第１の部分球殻、（７）は球体、
（８）は固定側接続端子、（９）は可動側接続端子であ
る。

次に動作について説明する。第４図において、アーム（
１）に回転アクチュエータ（２ａ）　、　（２ｂ）　、
　（２Ｇ　）が直列に結合している。各回転アクチュエ
ータ（２ａ）。

（２ｂ）　、　（２Ｃ）が回転中心（４ａ）　、　（４
ｂ）　、　（４Ｃ）　４わりに回転することにより３自
由度の回転自由度を持つ運動機構を構成している。

また、第５図の例では、第１の部分球殻（５）は同心の
球体（７）と底部で一体に連結されている。第１の部分
球殻（５）は固定側に固定側接続端子（８）で、第２の
部分球殻（６）は可動側に可動側接続端子（９）で接続
されている。このようにして、３自由度の回転自由度を
持つ運動機構を構成している。第１の部分球殻（５）と
第２の部分球殻（６）の相対する球面部分にすべり軸受
が設けられている。更に、第２の部分球殻（６）の内表
面と球体（７）の外表面との間には空隙が生じるように
構成されており、この空隙の間に構成した第２の部分球
殻（６）と球体（７）とを相対的に移動せしめるアクチ
ュエータにより駆動する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の多自由度関節では、第４図の例では、構造が複雑
であり、大形・重量化を招いていた。第５図の例では、
軸受部の構成が難しく、精度が出しにくい、さらに回転
位置センサの組み込みが困難であるなど実用性に乏しか
った。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、小形・軽量・簡素であり、かつ回転位置セン
サの組み込み可能であり、さらに軸受部の精度が出しや
すい構造を持つ実用的な多自由度関節を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る多自由度関節は、球体（７）が多自由度
に回転可能なようにアーム（１）との間をジンバル支持
したものである。

〔作用〕

ジンバル支持部の関節は回転１自由度の関節であり、玉
軸受などを用いて精度が出しやすい構造である。

また、回転位置センサを各関節に組み込むことにより回
転位置検出が簡単に出来る。

〔実施例コ 第１図はこの発明の一実施例の多自由度関節を示す斜視
図で、図において、（ｌｌａ）は第１の支持アーム、（
１１ｂ）は第２の支持アーム、（ロ）は駆動部、（１３
ａ）は第１の回転位置センサ、（１３ｂ）は第２の回転
位置センサ、（１３Ｃ）は第３の回転位置センサ、ａ＜
は球体（７）と第２の支持アーム（ｕｂ）とを結ぶ軸で
ある。

また、（１ｓａ）　、　Ｑｓｂ）　、　（１ｓｃ）はジ
ンバル支持部の各関節、（１５ａ）は第１関節、（１５
ｂ）は＠２２関、（１５Ｃ）は第３関節である。

球体（７）はアーム（１）と、第１図のようにジンバル
支持されていることにより３自由度の回転自由度を持つ
運動機構を構成している。ジンバル支持部の各関節（１
５ａ）、　（１５ｂ）、　（１５Ｃ）は、玉軸受など一
般に広く用いられ、かつ精度を出しやすい一白由度の回
転支持部材を用いている。回転位置を検出するセンサは
、光学式エンコーダなど一般に広く用いられているもの
を各関節（１５ａ）、　（１５ｂ）　、　（１５ｃ）　
ニ組み込んでいる。すなわち、第１の回転位置センサ（
１ａａ）　。

第２の回転位置センサ（１３ｂ）　、第３の回転位置セ
ンサ（１３ｃ）である。

第２図＜Ａ）〜０の動作説明図に駆動部□□□の構成。

動作の一例を示す。球体（７）の下部とアーム（１）と
の間に圧電素子を設けて駆動を行うものである。（ハ）
は第１の厚み方向変位圧電素子（１２ｂ）を伸ばして、
第２の厚み方向変位圧電素子（１２ｄ）を縮めて球体（
７）を固定した状態である。■は（ハ）の状態から第１
のすべり方向変位圧電素子（１２ａ）を変位させ球体（
７）を回転させた状態を示している。次に（ｑのように
第２の厚み方向変位圧電素子（１２ｄ）を伸ばして球体
（７）を固定し、第１の厚み方向変位圧電素子（１２ｂ
）を縮め、さらに第１のすべり方向変位圧電素子（１２
ａ）を元の状態に戻す。次に０のように、第２のすべり
方向変位圧電素子（１２Ｃ）を変位させ球体（７）を駆
動する。このように（ハ）＝（ハ）→（Ｑ　−（Ｌｌを
繰り返すことにより尺取り虫的に球体（７）を回転させ
ることができる。第２図は一白由度の回転の例を示して
いるが、このような圧電素子群を組み合わせることによ
り駆動部−において、多自由度の回転駆動を行うことが
できる。第２図には一例として圧電素子による駆動機構
を示したが、特開昭６０−１３５１８４号公報に示され
ているようなりニアモータ的な駆動機構など球体（７ン
をアーム（１）に対して相対的に駆動できる機構ならば
、どれを用いても良い。

第３図の斜視図に、この発明の他の実施例を示す。２自
由度の回転関節であり、第１図と同様の機構により構成
できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは、球体（７）をジンバ
ル構造により支持し、各関節には玉軸受など一般に用い
られ、安価で精度を出しゃすい回転関節支持部材を用い
たこと及び回転位置センサを組み込んだことにより、小
形・軽量・簡素であり高精度かつ実用的な多自由度関節
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による多自由度関節を示す
斜視図、第２図＜Ａ）〜０は各々駆動部の一例の動作説
明図、第３図はこの発明の他の実施例を示す斜視図、第
４図は従来例の多自由度関節を示す正面図、第５図は他
の従来例の多自由度関節を示す概略構成図である。 （１）はアーム、（７）は球体、（１５ａ）は第１関節
、（１５ｂ）は第２関節、（１５ｃ）は第３関節、（１
３ａ）は第１の回転位置センサ、（１３ｂ）は第２の回
転位置センサ、（１３Ｃ）は第３の回転位置センサ。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アーム、球体、上記アームと球体間をジンバル支持する
   支持具、複数のジンバル支持部の関節に組み込まれた回
   転位置センサ、及び上記アームに対して上記球体を相対
   駆動するアクチュエータを備えた多自由度関節。