JPS6076990A - 関節装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、アーム体の軸を中心とする回転動作および上
記軸を含む平面内での回動動作を可能とする関節装置に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、被数のアーム体を関節装置を介して連結した多関
節口がットが注目されている。この種のロボットに用い
られる関節装置は、一般Ｋ。

嬉１のアーム体に対して、第２のアーム体をその軸を含
む平面（ＸｘＦ−面）内で回動自在に支持してなる構成
金有する、いわゆるｌ自由度型のものが殆んどである。

そこで本出願人は、先に例えば％ｉ［５７−１８９０７
１号等ＫｊＪ７、上記回動面内と直交する面（Ｙ平面）
内での回動をも可能とした、いわゆる２自白度型のく）
の雀提唱した。これにより、アームの多様な運動が可能
となった。

ところがある種の運動については、未だ不充分な点があ
シ、その改良が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明はかかる事情に基づきなされたものでアシ、その
目的とするところは、アームの軸を含む平面内での回動
を可能とするとともに、上記アームの軸全中心とする回
動を可能々らしめ、更に多様な運動全行い得るようにし
た実用性の高い関節装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、第１のアーム体の細部を上記第１のアーム体
の軸方向を含む平面内で回動自在に支持するとともに、
第２のアーム体の端部全上記第２のアーム体の軸を中心
として回転自在に支持して々る連結部材を有し、前記第
１および第２のアーム体内にそれぞれ第１および第２の
回転駆動源全同軸配置している。そして、上記第１の回
転駆動源の回転駆動力を、第１の機構−ム体全前記連結
部材に対して回転駆動するとともに、前記第２の回転駆
動源の回転駆動力を第２の機構を介して前記第１のアー
ム体に伝達して前記１のアーム体を前記連結部材に対し
て前記平面内で回動駆動するようにしたこと全特徴とし
ている。

〔発明の効果〕

かぐして、本発明によれば、８ｇ１のアーム体に対して
第２のアーム体をその軸を中心として簡易に回転させる
ことができ、また、その任意の回転位置で第２のアーム
体全上記軸を含む平面内で回動することができる。これ
故、多関節ロボットアームの多様々運動を可能ならしめ
る等の実用上多大な効果が奏せられる。しかも、この場
合、その構成全非常に簡易々ものとし、また、その分割
・組立を容易ならしめるなどの効果も呈する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例に基づき、湿間する
。

、ｆｆ１図において、１は円筒形状の第１のアームであ
シ、また、２は上記第１のアーム１に連結される円筒形
状の第２のアームである。しかして、これら第１のアー
ム１および第２のアーム２の各端部は、連結部材４を介
して相互に連結される。連結部材４は軸８により第１の
アーム１の端部ｆｆ：第１のアーム１の軸を含む平面内
で回動自在に支持するとともに、第２のアーム２の端部
を軸受９を介して、第２のアーム２の軸を中心として回
転自在に支持してなるものである。

しかして、＠ｌのアーム１内には第１の回転駆動源であ
るモータ１５がその駆動軸１６を軸受１７で回転自在に
軸支し、且つ連結部材４側へ向けて同軸配置されている
。このモータ１５の駆動軸１６の先端部には、笠歯車１
８が嵌合されている。壕だ・この笠歯車１８および前記
第２のアーム２の端部に刻設形成された笠歯車２１に仁
、前記関節軸８に軸受１９によって回転自在に支持され
た笠歯車２０が歯合されてい憂ｇ”。前記笠歯車１８の
回転駆動力は、上記笠歯車２０を介して第２のアーム２
の軸全中心とする回転動力として伝達される。

一方、第２のアーム２内には、第２の回転駆動源である
モータ２５がその駆動軸２６を軸受２７で回転自在に軸
支され、且つ、連結部材４側へ向けて同軸配置されてい
る。このモータ２５の駆動軸２６の先端部には、笠歯車
２８が嵌合されており、この笠歯車２８は前記関節軸８
を軸として設けられ、第１のアーム１に固定された笠歯
車２９と歯合している。

なお、前記モータ１５およびモータ２５への電力供給は
、図示しない外部リード線を介して行われるか、または
、連結部材４と各アーム１゜２とに設けられた摺動接点
全弁して行われるようにする。

このように構成された関節装置の動作について第２図を
参照して説明する。

１ず、第２のアーム２を回転駆動させる場合には、モー
タ１５およびモータ２５を同一方向に回転させる。いま
、第２図における笠歯車１８と笠歯車２８と全それぞれ
実線で示す反時計方向に回転させた場合、笠歯車２０は
実線で示すように時計方向に回転する。この笠歯車２０
は、さらに第２のアーム２に一体形成された笠歯車２１
を実線で示す反時計方向に駆動する。このとき、モータ
２５の駆動軸２６先端に嵌合された笠歯車２８は実線で
示す第２のアーム２と逆方向に回転している。そこで、
上記第２のアーム２の回転速度と、上記笠歯車２８の回
転速度とを等しくすることによって、笠歯車２８は笠歯
車２９に対し静止した状態となる。

このため、アーム２Ｉ′ｉ回動方向には移動せず、回転
方向のみの駆動がなされる。

一方、第２のアーム２を関節軸８全中心として回動駆動
させる場合には、モータ１５およびモータ２５を互いに
逆方向に回転させる。いま、上述の例において、笠歯車
２８のみ全図中点線で示す時計方向に回転させた場合、
第２のアーム２は関節軸８を中心として図中点線で示す
時計方向に回動する。この時、もし笠歯車１８および２
０が静止状態であれば、笠歯車２ｏと笠歯車２１とが歯
合しているため、アーム２が反時計方向に回転するが、
いま、笠歯車１８ｉｌ−１：反時計方向、笠歯車２０は
時計方向にそれぞれ回転しているので、上記アーム２は
結果的に回転方向に対しては静止状態となシ、回動方向
のみに駆動される。

このように本実施例によれば、第２のアーム２の回転方
向の駆動と回動方向の駆動とを行うことができる。しか
も、モータ１５とモータ２５と全関節軸８の両側に配置
しているので、関節軸から各モータ１５および２５まで
の空間に障害となる物が存在しない。このため、モータ
１５からアーム２に回転駆動刃を伝達する第１の機構は
笠歯車１８，２θおよび２ノ、またモータ２５からアー
ム２に回動駆動力全伝達する紀２の機構は笠歯車２８お
よび２９という極めて簡単な構成となる。このため、ア
ーム自体の小型化および関節部のｌＪＳ型化が図れる。

そし市、この場合には、モータ１５およびモータ２５の
各後方部、すなわち、各アーム１．２の中間部には伝達
機構等が一切配置されていないため、この部分で、たと
えば、カメラのレンズ装着に用いられる所謂バヨネット
機構を用いて各アームの結合を行えば、各アームの組立
・分解は極めて容易となる。

なお、本実施例ではモータ１５とモータ２５とを協調動
作させることによって、アーム２を駆動しているので、
アーム２０回転動作に伴なう揺動方向のずれや、アーム
２の揺動動作に伴なう回転方向のずれ全防止でき、正確
なアームの駆動を行うことができる。

ところで、このようにロボットのアーム駆動機構の小型
化が図れると、各関節部にさらに他の駆動源全配置する
ことも可能となる。

第３図は第１のアーム１内にさらに第３の回−転属動源
であるモータ２５全配置した例全示している。すなわち
、この例では、第１のアームノ内に同軸配置された嬉１
の回転駆動源であるモータ３６が、上記アーム１内周に
固定された環状ステータ３７と、このステータ３７内に
装着されたロータ３８と、このロータ３８に挿入された
中空構造の駆動軸３９とで構成されている。この駆動軸
３９は、両端部を軸受４０および４１にて回転自在に支
持されるとともに、連結部材４側端部に笠歯車４２が一
体的に形成されている。この笠歯車４２は関節軸８に回
転自在に支持された笠歯車２０と歯合しておシ、この笠
歯車２０はさらに第２のアーム２の連結部材４側端部に
形成された笠歯車２Ｉと歯合している。

一方、第２のアーム２内に同軸配置された第２の回転駆
動源であるモータ４６は上記アーム２内周に固定された
環状ステータ４７と、このステータ４７内に装着された
ロータ４８と、このロータ４８内に挿入された中空構造
の駆動軸４９とで構成されている。そして、この駆動軸
４９は、両端部全軸受５０および５１にて回転自在に支
持されるとともに、連結部材４側端部に笠歯車５２が一
体的に形成されている。この笠歯車５２は関節軸８に回
転自在に支持された笠歯車２９と歯合している。そして
、この笠歯車２９はｍｌのアーム１に固定されている。

しかして、前記アーム１内には、モータ３６と直列にモ
ータ３５が配置されている。このモータ３５の駆動軸５
５は、モータ３６の中空構造の駆動軸３９内を貫通し、
基端部を軸受５６によシ、また先端部を軸受５７によシ
それぞれ回転自在に軸支されるとともに、上記先端部が
上記駆動軸３９の連結部材４側へ突出してｂる。

そして、この突出した駆動軸５５の先端部には笠歯車５
８が嵌合されている。この笠歯車５８は、関節軸８に軸
受５９によって回転自在に支持された笠歯車６０と歯合
している。一方、モータ４６の中空構造の駆動軸４９内
には、連結部材４付近から、第２のアーム先端側の図示
しない手首部に延びる伝達軸６１が挿入されている。こ
の伝達軸６ノは、連結部材４に通じる基端側を軸受６２
で、また、中間部を軸受６３でそれぞれ回転目在処支持
されている。さらに、この伝達軸６ノの上記基端側には
笠歯車６４が嵌合されている。そして、この笠歯車６４
は前記笠歯車６０と歯合している。

このように構成すれば、アーム外径の大型化を招くこと
なく、たとえば、上述の如く第２のアーム２先端部に設
けられた手首の回転動作全台む計３つの関節動作全行わ
しめることが可能となる。もちろん、上記手首の回転動
作に限らず他の関節動作、たとえば指の動作等を行うこ
とも可能であシ、特に長さに制約がある部分には有用で
ある。また、上記伝達軸６ノの全部または一部を絶縁体
で形成して、高電圧での作業ロボットの絶縁性を高める
ことも考えられる。

々お、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

たとえば、第３の駆動源を第１のアーム、または第２の
アームにさらに複数直列配置することも考えられる。こ
の場合には、複数の中空構造の駆動軸を同軸配置するよ
うにし、笠歯車を多段に重ねるようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る関節装置の縦断面図、
第２図は同装置の動作全説明するだめの要部斜視図、第
３図は本発明の第２の実施例に係る関節装置の縦断面図
である。 １・・・第１のアーム、２・・・第２のアーム、４・・
・連結部材、８・・・関節軸、１５，２５．３５゜３６
．４６・・・モータ、１Ｂ、２０，２１．２Ｂ。 ２９．４２，５２．５Ｂ、６０．６４・・・笠歯車。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のアーム体の端部全上記第１のアーム体の軸
   方向ケ含む平面内で回動自在に支持するとともに、第２
   のアーム体の端部を上記第２のアーム体の軸を中心とし
   て回転自在に支持してなる連結部材と、前記第１および
   第２のアーム体内に１それぞれ同軸配置されて設けられ
   た第１および第２の回転駆動源と、上記第１の回転駆動
   源の回転駆動力全前記第２のアーム体に伝達して前記第
   ２のアーム体を前記連結部材に対して回転駆動する第１
   の機構と、前記第２の回転駆動源の回転駆動力を前記第
   １のアーム体に伝達してこの第１のアーム体を前記連結
   部材に対して前記平面内で回動駆動する第２の機構と全
   具備したこと全特徴とする関節装置。
2. （２）　第１および第２の機構は、前記連結部材の第１
   のアーム体に対する回動軸を一方の軸とシ、前記第１お
   よび第２の回転駆動源の各回転軸全他方の軸として相互
   に噛合する笠歯車からなる歯車機構によってそれぞれ構
   成されるものである特許請求の範囲第１項記載の関節装
   置。