JPH0461225B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、義手の肩関節、義足の股関節及びそ
れらと同様の動きを必要とするロボツトの関節等
に使用する一点中心型３自由度関節機構に関する
ものである。

人の肩関節や股関節はボールジヨイントのよう
に一点を中心として３自由度の運動を行う部位で
あり、このような部位に使用する人工関節にもア
クチユエータによつて一点を中心とする３自由度
の動きをさせることが望まれる。しかしながら、
ボールジヨイントと同様の３自由度をもつ駆動機
構を構成することは困難であり、そのため従来は
それにいくらかでも近似させるため１自由度駆動
機構を直列に３個取り付けたり、あるいは２自由
度駆動機構に１自由度駆動機構を取り付けたりし
ていたが、これらは三つの回転軸が一点に交わる
いわゆる一点中心型のものではなく、従つていず
れもボールジヨイントと同様の動き与えることが
できず、しかもその動きを制御するためのアルゴ
リズムが複雑化するという問題がある。

また、たとえその一点中心型３自由度回転機構
が実現できたとしても、特に、それをロボツト等
の関節に利用する場合には、セルフロツク機能を
発揮することが望まれらる。即ち、ロボツト等に
おいては、通常、アクチユエータによつて被駆動
体を駆動することは可能であるが、その被駆動体
に作用する負荷が逆にアクチユエータ側には伝わ
らず、関節がロツクされた状態に保持されること
が望まれる。このように構成すれば、アクチユエ
ータに動力を供給しない状態で負荷に対抗させる
ことができ、関節を駆動する場合にのみアクチユ
エータに動力を供給すればよいことになる。

叙上に鑑み、本発明は、ボールジヨイントと同
様に一点を中心とした３自由度の運動を行わせる
ことができると同時に、セルフロツク機能をも有
する簡単な構成の関節機構を提供しようとするも
のである。

上記目的を達成するための本発明の３自由度関
節機構は、３自由度関節機構を取付ける本体に対
して、第１の軸により第１の枠体を回転自在に支
持させ、上記本体上に設けた第１のアクチユエー
タで回転駆動せしめられるウオームを、第１の枠
体と一体のウオームホイールに噛合させた第１の
１自由度駆動機構と、上記第１の枠体に対して第
１の軸と直交する第２の軸により第２の枠体を回
転自在に支持させ、上記第１の枠体上に設けた第
２のアクチユエータで回転駆動せしめられるウオ
ームを、第２の枠体と一体のウオームホイールに
噛合させた第２の１自由度駆動機構と、上記第２
の枠体に対して第１及び第２の軸と一点で直交し
て、被駆動体を回転自在に支持せしめる第３の軸
を備え、上記第２の枠体上に設けた第３のアクチ
ユエータで回転駆動せしめられるウオームを、被
駆動体と一体化されるウオームホイールに噛合さ
せた第３の１自由度駆動機構とを具備させてい
る。

このような構成を有する３自由度駆動機構によ
れば、第１ないし第３の１自由度駆動機構の結合
により、ボールジヨイントと同様に一点を中心と
した３自由度の運動を行わせることができると同
時に、セルフロツク機構をも有する簡単な構成の
関節機構を得ることができる。

以下に本発明の実施例を図面を参照して詳述す
る。

第１図に示す３自由度関節機構は、被駆動体１
に中心Ｏのまわりの３自由度をもたせたもの、即
ち、この３自由度関節機構を取付ける本体Ａに対
して、中心Ｏを交点として３次元的に直交するｘ
軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりに被駆動体１を回転さ
せ得るものとして構成している。

被駆動体１のｘ軸のまわりの回転は、３自由度
関節機構の取付部分であるロボツト等の本体Ａに
対して第１の枠体２をｘ軸のまわりに回転せしめ
る第１の１自由度駆動機構により行われる。その
ため、上記本体Ａに対して第１の軸３を回転自在
に支持させ、上記本体Ａ上に設けた第１のアクチ
ユエータ４で回転駆動せしめられるウオーム５を
第１の軸３に固定したウオームホイール６に噛合
させ、上記軸３上に第１の枠体２を固定してい
る。

従つて、本体Ａ上の第１のアクチユエータ４に
よりウオーム５及びウオームホイール６を介して
第１の軸３の回転させると、本体Ａ上において被
駆動体１は第１の枠体２等と共にｘ軸のまわりに
回転せしめられる。

上記第１の枠体２上に設けられた第２の１自由
度駆動機構は、第１の枠体２上に回転自在に支持
されて、中心軸線を第１の軸３の軸線（ｘ軸）と
直交するｙ軸に一致させた第２の軸１３と、この
第２の軸１３に固定することによつて第１の枠体
２に回転可能に支持された第２の枠体１２と、第
２の軸１３に固定することにより第２の枠体１２
に固定されて、その第２の枠体１２と共に第１の
枠体２に回転可能に支持されたウオームホイール
１６とを備えている。また、この第２の枠体１２
をｙ軸のまわりに回転駆動するため、第１の枠体
２上に設けた第２のアクチユエータ１４で回転駆
動せしめられるウオーム１５を上記ウオームホイ
ール１６に噛合させている。

従つて、第１の枠体２上に設けた第２のアクチ
ユエータ１４でウオーム１５を介してウオームホ
イール１６を回転駆動すると、それに従つて第２
の枠体１２が被駆動体１と共にｙ軸のまわりに一
定の角度範囲内において回転駆動される。

上記第２の枠体１２上に設けられる第３の１自
由度駆動機構は、上記第２の枠体１２上に回転可
能に支持されて中心軸線を第１及び第２の軸３，
１３と一点で直交するｚ軸に一致させた第３の軸
２３と、上記第３の軸２３上に固定されたウオー
ムホイール２６とを備え、第３の軸２３に被駆動
体１を連結するようにしている。また、第３の軸
２３を回転駆動するため、第２の枠体１２上に設
けた第３のアクチユエータ２４で回転駆動せしめ
られるウオーム２５を第３の軸２３上のウオーム
ホイール２６に噛合させている。

従つて、第２の枠体１２上に設けた第３のアク
チユエータ２４によりウオーム２５を介してウオ
ームホイール２６を駆動すると、それに従つて被
駆動体１がｚ軸のまわりに回転駆動される。

上記構成を有する３自由度関節機構を、例えば
ロボツトの肩関節として使用する場合には、本体
Ａをロボツト本体として構成し、そのロボツト本
体に第１の軸３を回転可能に支持させると共に、
ロボツトの腕を被駆動体１として取付ければよ
く、この状態で三つのアクチユエータ４，１４，
２４によるウオームホイール６，１６，２６の回
転方向及び回転速度等を適宜制御装置によつて制
御すれば、それらのアクチユエータ４，１４，２
４による回転で第１、第２の枠体２，１２及び被
駆動体１が各ｘ，ｙ，ｚ軸のまわりに回転し、ロ
ボツトの腕はロボツト本体Ａに対し上記中心Ｏの
まわりに３自由度をもつて回転することになる。

また、上記３自由度関節機構においては、上記
第１ないし第３の１自由度駆動機構のそれぞれに
おいて、アクチユエータ４，１４，２４により回
転駆動されるウオーム５，１５，２５からウオー
ムホイール６，１６，２６を介して第１、第２の
枠体２，１２及び被駆動体１を駆動するようにし
ているので、アクチユエータによつて被駆動体１
を駆動することは可能であるが、その被駆動体１
に作用する負荷が逆にアクチユエータ側には伝わ
らず、関節がロツクされた状態に保持される。そ
のため、アクチユエータに動力を供給しない状態
で負荷に対抗させることができ、関節を駆動する
場合にのみアクチユエータ４，１４，２４に動力
を供給すれば、しかも、このようなセルフロツク
機構を有する３自由度関節機構を簡単な構成のも
のとして得ることができる。

このように本発明によれば、被駆動体に一点に
おいて３次元的に直交する３軸のまわりの回転を
行わせることができると同時に、セルフロツク機
能を有する３自由度関節機構を簡単な構成のもの
として得ることができ、その動きを制御するため
のアルゴリズムも簡単なものとして、人工的な関
節等に極めて有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の斜視図である。 １…被駆動体、２，１２…第１、第２の枠体、
３，１３，２３…第１、第２、第３の軸、４，１
４，２４…アクチユエータ、５，１５，２５…ウ
オーム、６，１６，２６…ウオームホイール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３自由度関節機構を取付ける本体に対して、
   第１の軸により第１の枠体を回転自在に支持さ
   せ、上記本体上に設けた第１のアクチユエータで
   回転駆動せしめられるウオームを、第１の枠体と
   一体のウオームホイールに噛合させた第１の１自
   由度駆動機構と、 上記第１の枠体に対して第１の軸と直交する第
   ２の軸により第２の枠体を回転自在に支持させ、
   上記第１の枠体上に設けた第２のアクチユエータ
   で回転駆動せしめられるウオームを、第２の枠体
   と一体のウオームホイールに噛合させた第２の１
   自由度駆動機構と、 上記第２の枠体に対して第１及び第２の軸と一
   点で直交して、被駆動体を回転自在に支持せしめ
   る第３の軸を備え、上記第２の枠体上に設けた第
   ３のアクチユエータで回転駆動せしめられるウオ
   ームを、被駆動体と一体化されるウオームホイー
   ルに噛合させた第３の１自由度駆動機構と、 を具備させたことを特徴とする一点中心型３自由
   度関節機構。