JPH0224088A - ロボットのシリンダセット装置 - 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） 本発明はロボットのシリンダセット装置に関するもので
ある。特にロボットの骨部材とこれに曲げと捻りを与え
る筋肉としてのアクチュエータ集合体に関するものであ
る。

（従来技術） 従来のロボットの骨格は鉄鋼であり、剛構造に組立てい
たため、大重量でかつ柔軟性を持たず高価でもあった。

その筋肉としてのアクチュエータもまた大型で大重量の
鉄鋼製の油圧シリンダや空圧シリンダや電動機であった
。この様なロボットの半部材は自ずから用途が制限され
、特に手や指としては単純かつ不器用な動作しか出来な
かった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は柔軟性のあるロボットの手部材用のシリンダセ
ット装置を提供することを第１の目的とする。また簡便
で小型軽量のロボットの手部材用シリンダセット装置を
提供することを第２の目的とする。さらに骨部材に曲げ
と捻りを同時に加えることによって複雑な動きを可能と
するロボットの手部材用シリンダセット装置を提供する
ことを第３の目的とする。

（問題点を解決するための手段２作用）本発明の詳細な
説明すると、第１図ないし第５図は本発明のロボットの
シリンダセット装置の説明図であって２本発明はシリン
ダチューブ１とピストン２とピストンワイア３とそれら
の間のパツキン類を可とう材料で構成する複数のシリン
ダと。

このシリンダを作動させる圧力配管４と方向切換弁９と
を装備する骨部材５とにより構成する。このようにシリ
ンダ部材を可とう材料とすることによってシリンダチュ
ーブやピストンワイアのたわみを許容し、あるいは積極
的にこれを利用し、シリンダの強度を必要最小限に小さ
くして小型化軽量化することや、多数のシリンダを骨部
材の周りに高密度に集積することが可能になり、こうす
ることによって複雑かつ柔軟な手の動きを可能とする。

ピストンワイア３は一般にはピストンロッドと呼ばれる
が２本発明では引張強度に耐える程度の最小径の棒やワ
イアを用いるために従来の技術用語に無い用語を用いた
。このシリンダワイア用材料は細径とするためには高分
子材料としては例えばケブラ、金属材料としては例えば
チタン合金ワイアや高張力鋼線などが最適である。また
シリンダチューブから外側の部分のピストンワイアは知
覚センサの信号を伝達するリード線とすることができ、
このリード線の強度上昇が必要ならば前述のような補強
材によりリード線を補強する。

シリンダチューブとしてはポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ビニールなどの高分子材料や容易に変形するような
薄肉の金属材料が最適である。

シリンダを作動させる圧力配管や操作用電気配線や骨部
を才等は金属やセラミックの様な剛体材料とすることが
できるが、これを高分子材料や薄肉金属のような可とう
材料とすることによってこれらをたわませることを考慮
して関節部６の回転角度を小さく設計し、装置全体の小
型化軽量化をはかることが望ましい、骨部材を弾性材料
とすれば。

初期位置に戻す時に動作が迅速になり、場合によっては
復元用のシリンダを省略あるいは小型化でき、装置全体
のより一層の小型化軽量化が可能になる。

骨部材を曲げと回転が自在な杵と白を合わせた機構や二
つの臼の間に球を挟んだ機構や球面軸受は機構やベロー
等による関節６によって連結することによって、骨部材
の任意の方向への傾斜が一層容易にかつ自由になる。な
おベロー以外の関節では油圧、水圧、あるいは空圧など
の圧力流体の漏出を防ぐために公知のＯリングシール７
や密閉膜あるいはジャバラ８を設けるのがよい。

第２図ないし第４図の例ではシリンダは骨部材５内の圧
力流体を方向切換弁９を経由してシリンダチューブ１内
に導き、この圧力によってピストンワイア３，３Ａ、３
Ｂに引張力を与える。ピストンワイアは可とう材料であ
るので適宜方向に容易に方向変換できる。

本発明のロボットのシリンダセット装置では。

例えば第４図の例では８本のシリンダチューブ１を骨部
材の周囲に長さ方向を揃えて並べており。

骨部材５に対して互いに逆方向に傾斜せしめたピストン
ワイア対３Ａ、３Ｂを装備することによって骨部材５０
関節部６に曲げと同時に積極的に捻りを与えることがで
きる。また骨部材が弾性体である場合にも第２図に示す
ように骨部材に曲げと同時に積極的に捻りを与えること
ができる。これらの場合に曲げや捻りの間隔を接近させ
たり、捻り剛性の小さな骨部材を用いれば象の鼻や蛇の
ように螺旋状にも自由に変化し物体に巻き付けてこれを
取り扱うことが可能になる。

ピストンワイアは第１図と第３図に示すように関節を跨
いで何個か先に離れた骨部材と連結すれば、シリンダを
装着出来ないような狭い場所や細い骨部材をも種々の操
作を可能にできる。

シリンダチューブ列はコンパクトにおさまるようにその
方向を揃えて束ねることが望ましく、これを複数層とす
ることもできろ、この様な多数のシリンダを用意するこ
とによフてシリンダワイアを第１図ないし第４図のよう
に交差させて骨部材に捻りを与えることが容易になるほ
か、シリンダの作動数を変化させることによって作動力
を変化させることも可能になる。

第１図ないし第３図にロボットの手及び指に本発明を適
用する場合の概念図を示す、これらの図では何れも指の
先端部にはピストンワイア３のみが延在し、シリンダチ
ューブはその手前の設置空間が十分な位置にある８例え
ば第１図では第５図に拡大して示すような板状骨部材５
にシリンダを集積し、関節部６より先はシリンダワイア
が延在している。先へ延在するシリンダワイアはコンパ
クトにまとめるために関節部においてピストンワイアガ
イド１１によって位置決めしている。指の先端部には知
覚センサを設置し、シリンダワイアがこの知覚センサの
信号を伝達するリード線を兼ねている。第２図の例では
第４図に示すような管状骨部材５にシリンダを集積し、
関節部６より先は弾性体の骨部材で構成している。この
骨部材は図示のように可とうシリンダとともにたわみ、
先端部を目標地点に移動させる。この場合もピストンワ
イアは知覚センサ１２のリード線を兼ねている。第２図
ではピストンワイアガイド１１は関節部から離して設置
している。第３図の例では第１図と第２図の機構の絹合
せであり、ロボットのシリンダセット装置としての完成
例を示している。

またこれらの図には示していないが本発明のロボットの
シリンダセット装置の手や指はゴムや高分子材料の弾性
体により覆って皮膚とするのが良い。

本発明のロボットのシリンダセット装置では第５図に示
すような板状の骨部材等を管状に巻いてコンパクトで強
度の強いロボットのシリンダセット装置とすることがで
きる。この場合にシリンダや圧力配管や電気配線や切換
弁等は管の内面あるいは外面に集中させても良い。

本発明のロボットのシリンダセット装置に空気圧を用い
る場合にはシリンダチューブの他端は開放しておけば良
いが、油圧や水圧を用いる場合にはドレンなタンクへ戻
すために、骨部材とシリンダを弾性体表皮で覆ってトレ
ン管路を構成するのが良い。

第５図の板状の骨部材の両側にシリンダチューブを配列
した例では、圧力配管５から切替弁９を経由してシリン
ダチューブｌ内に導入した流体圧力によってピストン２
とピストンワイア３を作動させる。この例では圧力配管
４と制御用配線１０は骨部材板５の両端に装備されてい
る。圧力配管は強度部材として設計することができるた
めその位置はその都度最適な場所に決めるのがよい。

以上のようなシリンダは束ねあるいは集積しても、従来
のシリンダではシリンダチューブが変形して作動しなか
ったものが１本発明ではシリンダを可とう材料によって
構成することにより容易に作動できる。

本発明に於て複数のシリンダをその方向を交差して骨部
材上に集積することができる。すなわちシリンダチュー
ブが外力によってへこんでもシリンダが可とう材料で構
成されているためにその作動に支障をきたすことはなく
、シリンダチューブは種々の集積の仕方が可能となる。

（発明の効果） 本発明のシリンダセット装置によって柔軟性のあるロボ
ットの平部材が提供できる。またこの装置は簡便で小型
軽量であることは、大重量の金属材料に代わって高分子
材料や薄肉の金属材料等の可とう材を用いることが出来
ることからも明かである。さらに多数のシリンダを集積
したことにより複雑微妙な手や指の動きが可能になる。

本発明のロボットのシリンダセット装置は歩行ロボット
の足部材や胴部材としても用いることができる。

本発明のロボットのシリンダセット装置は視覚センサや
触覚センサや視覚と触覚の中間的な近接覚七ンサな利用
することによって実用化の道が開け、今後急速な発展が
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の説明図であり。 第１図ないし第３図はロボットのシリンダセット装置と
して組み立てた例、第４図は管状骨部材と球面関節部の
拡大図、第５図は板状の骨部材にシリンダチューブを装
着した場合の拡大図である。 １：　シリンダチューブ、２：ピストン、３：ピストン
ワイア、３Ａ、３Ｂ：　交差したピストンワイフ対、４
：圧力配管、５：骨部材、６：関節部。 ７：Ｏリング、８：密閉膜、９：方向切換弁。 １０：制御用配線、１１：　ピストンワイアガイド。 第１図 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダチューブとピストンとピストンワイアと
   それらの間のパッキン類とを可とう材料とする複数のシ
   リンダと、このシリンダを作動させる圧力配管と方向切
   換弁と操作用電気配線とを装備する骨部材とにより構成
   することを特徴とするロボットのシリンダセット装置。
2. （２）圧力配管と操作用電気配線と骨部材とを可とう材
   料とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ロボットのシリンダセット装置。
3. （３）骨部材を交差するピストンワイア対と関節とによ
   って連結することを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のロボットのシリンダセット装置。
4. （４）ピストンワイアを関節部でピストンワイアガイド
   によって位置決め案内してこれより先の関節部へ延在さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
   項記載のロボットのシリンダセット装置。
5. （５）ピストンワイアの一部が知覚センサの信号を伝達
   するリード線であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項記載のロボットのシリンダセット装置
   。