JPH0544072Y2 - - Google Patents

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JPH0544072Y2
JPH0544072Y2 JP10184087U JP10184087U JPH0544072Y2 JP H0544072 Y2 JPH0544072 Y2 JP H0544072Y2 JP 10184087 U JP10184087 U JP 10184087U JP 10184087 U JP10184087 U JP 10184087U JP H0544072 Y2 JPH0544072 Y2 JP H0544072Y2
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arm
joint
joints
posture
manipulator
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【考案の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本考案はマスタースレーブマニピユレータの関
節の構造に関する。
[Detailed Description of the Invention] A. Field of Industrial Application The present invention relates to the structure of a joint of a master-slave manipulator.

B 考案の概要 本考案は、連接体を屈曲自在に繋げるマニピユ
レータの関節において、連接体の関節での連結部
を互いに直交する2軸回りで回転自在に支持する
と共に、この連結部を連接体本体の長手軸線に対
して屈曲して形成することにより、実際のマニピ
ユレータの使用状況に即してその作業性の向上を
図つたものである。
B. Summary of the invention The present invention supports the joints of the joints of the joints of the joints of the joints so as to be rotatable around two axes orthogonal to each other, at the joints of the manipulator that connect the joints of the joints in a flexible manner, and the joints of the joints of the manipulators that connect the joints of the joints in a flexible manner. By being bent with respect to the longitudinal axis of the manipulator, the workability of the manipulator is improved in accordance with the actual usage conditions of the manipulator.

C 従来の技術 パワーマニピユレータ装置のひとつにマスター
スレーブマニピユレータがある。マスタースレー
ブマニピユレータは、マスターアームを作業者が
操作するとそのマスターアームの動きに対応して
スレーブアームが作動する構造となつている。こ
のマスタースレーブマニピユレータにおいて、ス
レーブアームの関節を人の関節と相似的な位置関
係に配置することがよく行われている。このよう
にスレーブアームを人の腕と相似形とすること
で、スレーブアームがあたかも自分の腕であるか
のように作業者が直感的にマニピユレータを操作
することが可能となる。
C. Prior Art One type of power manipulator device is a master-slave manipulator. The master-slave manipulator has a structure in which when a worker operates the master arm, the slave arm operates in response to the movement of the master arm. In this master-slave manipulator, the joints of the slave arms are often arranged in a positional relationship similar to that of human joints. By making the slave arm similar in shape to a human arm in this way, the operator can intuitively operate the manipulator as if the slave arm were his own arm.

D 考案が解決しようとする問題点 ところで、人が作業する場合の姿勢の基本的な
ものとしては、エルボーダウンやエルボーサイド
やエルボーアツプというものがあげられる。エル
ボーダウンとは、肩関節に対して肘関節が下部に
あり、例えば人間が机の下に手を入れるような作
業時にとる姿勢である。また、エルボーサイドと
は、例えば机の上で右腕で字を書くときに左腕が
とるような肘を横に張つた姿勢である。エルボー
アツプとは、肩と肘とが同じ高さで肘より真下に
手先を伸ばした姿勢である。勿論、実際には、こ
のような三つの基本的な姿勢が組み合わさつた姿
勢もある。このような基本的な姿勢では肘、肩関
節等がある程度屈曲した状態となつており、従つ
て、この基本的姿勢から各関節が任意の方向に屈
曲できるようになつていることが望ましい。
D. Problems that the invention aims to solve By the way, the basic postures that people use when working include elbow down, elbow side, and elbow up. Elbow-down is a posture in which the elbow joint is located below the shoulder joint, and a person takes this position when working, such as putting their hands under a desk. Also, elbow side is a posture in which the elbow is stretched out to the side, such as the one the left arm takes when writing with the right arm on a desk. Elbow up is a posture where the shoulders and elbows are at the same height and the hands are extended directly below the elbows. Of course, in reality, there are also postures that are a combination of these three basic postures. In such a basic posture, the elbows, shoulder joints, etc. are bent to some extent, and it is therefore desirable that each joint be able to bend in any direction from this basic posture.

ところが、従来の関節は、上述の基本的姿勢で
関節が屈曲した状態において、その作動範囲の中
央位置から一方の側へ偏倚した状態にあり、そこ
からのその一方側への運動範囲が制限されてしま
うという問題点があつた。
However, in the conventional joint, when the joint is bent in the above-mentioned basic posture, it is in a state where it is deviated from the center position of its operating range to one side, and the range of motion from there to that side is limited. There was a problem with this.

本考案は、このような従来のマニピユレータの
関節における問題点を解決するものであり、人の
作業姿勢に相似的な姿勢をとるマニピユレータの
作業性の向上を図ることを目的としている。
The present invention solves these problems with the joints of conventional manipulators, and aims to improve the workability of a manipulator that takes a posture similar to a human working posture.

E 問題点を解決するための手段 上述の問題点を解決する本考案にかかるマニピ
ユレータの関節は、連接体を屈曲自在に繋げるマ
ニピユレータの関節において、前記連接体の前記
関節での連結部が互いに直交する2軸回りで回転
自在に支持されると共に該連結部が該連接体本体
の長手軸線に対して屈曲して形成されたことを特
徴とする。
E. Means for Solving the Problems The joints of the manipulator according to the present invention which solve the above-mentioned problems are such that, in the joints of the manipulator that connect connecting bodies in a flexible manner, the joints of the connecting bodies at the joints are orthogonal to each other. The connecting body is rotatably supported around two axes, and the connecting portion is bent with respect to the longitudinal axis of the connecting body main body.

F 作用 連結部が関節における互いに直交する2軸回り
での作動範囲の中央位置にあるとき、連接体本体
は屈曲した状態にあり、その状態からそこを中心
として任意の方向に動作可能となる。
F Effect When the connecting part is at the center of the operating range around two mutually orthogonal axes in the joint, the connecting body is in a bent state, and from this state it can move in any direction around it.

G 実施例 以下、本考案の一実施例を図面により具体的に
説明する。
G. Example Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本考案の一実施例にかかる関節の正面
から見た構成図、第2図はその平面から見た構成
図である。第1図及び第2図に示すように、第1
の腕11の先端に連結駒12がA−A軸回りに回
動自在に取付けられると共に、この連結駒12に
A−A軸と直交するB−B軸回りに回動自在に連
接体である第2の腕13が取付けられて、自在継
手型の関節14が構成される。つまり、A−A軸
及びB−B軸が互いに直交する2軸となつてい
る。第1の腕11内にはA−A軸駆動モータ15
が配設され、その出力軸ギヤ16が第1の腕11
に軸支された相手ギヤ17と噛み合うと共に、相
手ギヤ17に固定されたギヤ18が歯車列19,
20を介して連結駒12の軸部に接続されてい
て、駆動モータ15の作動によつて連結駒12が
第1の腕11に対してA−A軸回りに回動駆動さ
れるようになつている。また同様に、第2の腕1
3内にはB−B軸駆動モータ21が配設されてい
て、この駆動モータ21の作動により出力軸ギヤ
22、相手ギヤ23、ギヤ24、歯車列25,2
6を介して連結駒12が第2の腕13に対してB
−B軸回りに回動駆動されるようになつている。
FIG. 1 is a front view of a joint according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the joint. As shown in Figures 1 and 2, the first
A connecting piece 12 is attached to the tip of the arm 11 so as to be rotatable around the A-A axis, and a connecting piece 12 is attached to the connecting piece 12 so as to be rotatable around the B-B axis orthogonal to the A-A axis. A second arm 13 is attached to form a universal joint type joint 14. In other words, the A-A axis and the B-B axis are two axes orthogonal to each other. Inside the first arm 11 is an A-A axis drive motor 15.
is arranged, and its output shaft gear 16 is connected to the first arm 11
The gear 18 fixed to the mating gear 17 meshes with the mating gear 17 which is pivotally supported by the gear train 19,
20 to the shaft of the connecting piece 12, and the connecting piece 12 is driven to rotate around the A-A axis with respect to the first arm 11 by the operation of the drive motor 15. ing. Similarly, the second arm 1
3, a B-B shaft drive motor 21 is disposed, and the operation of this drive motor 21 drives the output shaft gear 22, the mating gear 23, the gear 24, and the gear train 25, 2.
The connecting piece 12 is connected to the second arm 13 via B
- It is designed to be rotationally driven around the B axis.

従つて、例えば第1の腕11を固定側とすれ
ば、両駆動モータ15,21の作動によつて関節
14において第2の腕13を2自由度の任意の方
向に屈曲することが可能である。尚、この関節1
4の駆動系は上述の歯車機構に限らず、他の駆動
装置を採用するようにしてもよい。
Therefore, for example, if the first arm 11 is on the fixed side, the second arm 13 can be bent in any direction in two degrees of freedom at the joint 14 by the operation of both drive motors 15 and 21. be. Furthermore, this joint 1
The drive system No. 4 is not limited to the above-mentioned gear mechanism, and other drive devices may be used.

この第2の腕13は、連接体本体である腕本体
13aとその腕本体13aの端部に突出した連結
部13bとを有し、連結部13bにおいて前記連
結駒12と連結されている。ここで、腕本体13
aの長手軸線と連結部13bの長手軸線とが45度
近傍の角度θだけ傾斜するように、腕本体13a
に対して連結部13bが屈曲して形成されてお
り、従つて、第1図に示すように、連結部13b
の連結駒12に対する回動位置が作動範囲の中央
点にあつてその長手軸線が第1の腕11の延長方
向C−C軸と平行なときに、第2の腕13の腕本
体13aの長手軸線はC−C軸に対して角度θだ
け傾斜するようになつている。
The second arm 13 has an arm main body 13a that is a connecting body and a connecting portion 13b projecting from the end of the arm main body 13a, and is connected to the connecting piece 12 at the connecting portion 13b. Here, the arm body 13
The arm body 13a is arranged so that the longitudinal axis of the connecting part 13b is inclined by an angle θ of about 45 degrees.
The connecting portion 13b is formed to be bent relative to the connecting portion 13b. Therefore, as shown in FIG.
When the rotational position relative to the connecting piece 12 is at the center point of the operating range and its longitudinal axis is parallel to the extension direction C-C axis of the first arm 11, the longitudinal axis of the arm body 13a of the second arm 13 The axis is inclined at an angle θ with respect to the C-C axis.

次に、このような本考案にかかる関節14をロ
ボツトの肩関節に適用した場合の作用について述
べる。
Next, the effect when the joint 14 according to the present invention is applied to the shoulder joint of a robot will be described.

第3図〜第5図はそれぞれ本考案にかかるロボ
ツトアームの動作状態を表わす機構図である。同
図において、27は基台、28はねじり関節、2
9は肘関節、30は前腕、31,32,33は手
首関節、34は手であり、本関節14とねじり関
節28で3軸が1点で交差した肩関節機構が構成
されている。ここで、前述の第2の腕13はアー
ムの上腕に相当する。
3 to 5 are mechanical diagrams each showing the operating state of the robot arm according to the present invention. In the figure, 27 is a base, 28 is a torsion joint, 2
9 is an elbow joint, 30 is a forearm, 31, 32, 33 are wrist joints, and 34 is a hand. The main joint 14 and the torsion joint 28 constitute a shoulder joint mechanism in which three axes intersect at one point. Here, the aforementioned second arm 13 corresponds to the upper arm of the arm.

第3図は肘を上にした状態の腕姿勢(エルボー
アツプ)の側面図を表わしたものである。次に、
第4図は第3図の状態からねじり関節28を90度
作動させた後、肘関節29を肩の関節14,28
と同一水平面内に位置させると共に、手首関節3
2を手34が前方へ向くように作動させた状態の
腕姿勢(エルボーサイド)の平面図である。この
腕姿勢は肘を張り出して腕を前方に延ばした状態
であり、前述のように人が作業中に最も多くとる
姿勢である。この姿勢において、本案の関節14
では腕13の連結部13bが連結駒12に対する
作動範囲の中央部に位置することとなり、従つて
そこから腕13を動かす場合に最も作業性が良く
なる。
FIG. 3 shows a side view of the arm posture with the elbow up (elbow up). next,
FIG. 4 shows that after the torsion joint 28 has been operated 90 degrees from the state shown in FIG.
Wrist joint 3
2 is a plan view of the arm posture (elbow side) in a state where the hand 34 is operated so that the hand 34 faces forward. FIG. This arm posture is a state in which the elbows are stretched out and the arms are extended forward, and as mentioned above, this is the posture that people most often take during work. In this posture, the joint 14 of the present invention
In this case, the connecting portion 13b of the arm 13 is located at the center of the operating range with respect to the connecting piece 12, and therefore, the workability is best when the arm 13 is moved from there.

また、第5図は第4図の状態からねじり関節2
8を90度作動させ、肘関節29を肩の関節14,
28より下方に位置させると共に前腕30を前方
に延ばした状態の腕姿勢(エルボーダウン)の側
面図である。この腕姿勢も人が作業中に多くとる
姿勢である。この場合、肘関節29を後方へ突き
出して手先を手前に引下げる、つまり腕13を矢
印Dの方向にできるだけ多く回動させることがで
きれば作業性が向上するが、本案の関節14では
予め腕本体13aは連結部13bに対して矢印D
方向に傾斜させておくことができ、腕13の矢印
D方向への回動量の増大が図れる。
In addition, Fig. 5 shows the torsion joint 2 from the state shown in Fig. 4.
8 to 90 degrees, elbow joint 29 to shoulder joint 14,
28 and a side view of the arm posture (elbow down) with the forearm 30 extended forward. FIG. This arm posture is also a posture that people often take while working. In this case, if the elbow joint 29 can be pushed back and the hand can be pulled down toward the front, that is, if the arm 13 can be rotated as much as possible in the direction of arrow D, the workability will be improved. 13a is indicated by arrow D with respect to connecting portion 13b.
The rotation amount of the arm 13 in the direction of arrow D can be increased.

このように、基本姿勢において関節がある程度
屈曲した状態となる部位に本案の関節14を用い
れば、作動範囲が拡がり、作業性の向上を図るこ
とができる。尚、上述の例では本案の関節14を
肩関節に用いた例を示したが、本考案の適用範囲
はこれに限定されるものではなく、その他の関節
に適用することも可能である。また、連接体本体
と連結部との屈曲角度も45度に限るものではな
く、適用される関節に応じてその屈曲角度は適宜
選定されるものである。
In this way, if the joint 14 of the present invention is used in a region where the joint is bent to some extent in the basic posture, the operating range can be expanded and workability can be improved. In the above example, the joint 14 of the present invention is used as a shoulder joint, but the scope of application of the present invention is not limited thereto, and can be applied to other joints. Further, the bending angle between the connecting body body and the connecting portion is not limited to 45 degrees, and the bending angle is appropriately selected depending on the joint to which it is applied.

H 考案の効果 以上、一実施例を挙げて詳細に説明したように
本考案によれば、連接体はその本体の長手軸線が
予め関節に関して屈曲した状態となるので、人の
作業姿勢に相似的な姿勢をとるマニピユレータの
作動範囲を拡げ、その作業性を向上させることが
できる。
H. Effects of the invention As described above in detail with reference to one embodiment, according to the invention, the longitudinal axis of the main body of the articulated body is bent in advance with respect to the joint, so that the working posture is similar to that of a person. It is possible to expand the operating range of a manipulator that takes a posture and improve its workability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本考案の一実施例にかかる関節の正面
から見た構成図、第2図はその平面から見た構成
図、第3図〜第5図はそれぞれ本考案にかかるロ
ボツトアームの動作状態を表わす機構図である。 図面中、11は第1の腕、13は第2の腕、1
3aは腕本体、13bは連結部、14は関節であ
る。
Fig. 1 is a block diagram of a joint according to an embodiment of the present invention seen from the front, Fig. 2 is a block diagram of the joint seen from the plane, and Figs. It is a mechanism diagram showing the state. In the drawing, 11 is the first arm, 13 is the second arm, 1
3a is an arm body, 13b is a connecting portion, and 14 is a joint.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 連接体を屈曲自在に繋げるマニピユレータの関
節において、前記連接体の前記関節での連結部が
互いに直交する2軸回りで回転自在に支持される
と共に該連結部が該連接体本体の長手軸線に対し
て屈曲して形成されたことを特徴とするマニピユ
レータの関節。
In a joint of a manipulator that connects connecting bodies in a flexible manner, a connecting portion at the joint of the connecting body is rotatably supported around two mutually orthogonal axes, and the connecting portion is supported relative to the longitudinal axis of the connecting body body. A joint of a manipulator characterized by being formed by bending.
JP10184087U 1987-07-03 1987-07-03 Expired - Lifetime JPH0544072Y2 (en)

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JP10184087U JPH0544072Y2 (en) 1987-07-03 1987-07-03

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