JPS6153199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軽量、高剛性多関節腕に関するもの
である。

従来、ロボツト等における多関節腕の関節駆動
機構としては、各種の機構が採用されているが、
各関節の重量が大きくなると腕自体の強度をそれ
に応じて高める必要が生じるため、上記関節部等
をできるだけ軽量化することが要求されている。
また、この軽量化のために、関節部を駆動するア
クチユエータはできるだけ腕の基部側に設けるこ
とが必要になる。

一方、従来から多関節腕の関節駆動機構に差動
歯車機構を用いることは知られているが、軽量か
つ高剛性をもつた構造として関節腕に組込むこと
が困難であるため、比較的負荷の小さい手首部な
どで用いられているに過ぎない。

本発明は、ワイヤで駆動するようにした複数の
関節を有する多関節腕において、上記差動歯車機
構を関節部にコンパクトに組込むことにより軽量
且つ剛性のある構成とすることを可能にしたもの
であつて、基端側の腕の先端に、両端を端蓋で閉
鎖した一対の筒状支持部を対設し、先端側の腕の
基端に外嵌する外筒に、上記筒状支持部間にそれ
らと中心軸線を一致させて挿入する筒状部を設
け、この筒状部と上記筒状支持部との間にそれら
を回転可能に保持するかみ合わせリングを嵌入
し、上記筒状支持部における両端蓋の内側に、基
端側の腕内を通じて導びかれたワイヤにより回転
駆動されるワイヤプーリを配設し、これらのワイ
ヤプーリに傘歯車を固定すると共に、両傘歯車と
噛合する傘歯車を、前記外筒に回転可能に内嵌し
た先端側の腕の基端筒に固定し、これらによつて
差動歯車機構を形成させ、上記筒状部の中央にワ
イヤ挿通溝を切設すると共に、上記基端筒及びそ
れに固定した傘歯車の中心にワイヤ挿通孔を設
け、これらのワイヤ挿通溝及びワイヤ挿通孔に、
先端側の関節を駆動するためのワイヤを挿通した
ことを特徴とするものである。

以下、図面を参照して本発明の実施例について
詳述する。

第１図は本発明に係る多関節腕の全体的な構成
を例示するもので、基台１に、その内部に配設し
たモータ２よつて回転駆動される第１の腕３を回
転可能に支持させ、この腕３の先端に関節４を介
して第２の腕５を、さらに関節６，８を介して第
３、第４の腕７，９を連設している。上記各関節
４，６，８においては、基端側の腕に対して先端
側の腕が回転及び屈曲運動を行うが、その駆動
は、以下に詳述するように、ワイヤ駆動装置（図
示せず）によりワイヤ挿通口１０を通して導出さ
れているワイヤを牽引することによつて行われ
る。このワイヤは、その経路が運動中に曲つた状
態になつても力伝達できるように、コイルスプイ
ング状の蛇管１１内を通して張力をコントロール
している。

上記関節４，６，８は、いずれも第２図に示す
ような構成を有するものである。即ち、基端側の
腕の先端には、第３図に明確に示すように、両端
を端蓋１３，１３によつて閉塞した一対の筒状支
持部１２，１２が対設され、一方、先端側の腕の
基端に外嵌する外筒１４には、上記一対の筒状支
持部１２，１２間に該筒状支持部と軸線が一致す
るように挿入される筒状部１５が連設され、この
筒状部１５と上記筒状支持部１２，１２との間に
それらを回転可能に保持するかみ合せリング１
７，１７が嵌入され、上記筒状部１５の中央にワ
イヤ挿通溝１６が切設されている。

而して、上記筒状支持部１２，１２における端
蓋１３，１３の内側には、該端蓋に支持された軸
１９，１９のまわりに回転可能なワイヤプーリ１
８，１８を配設し、このワイヤプーリ１８，１８
には、それぞれ基端側の腕内から孔２０を通して
導出され、且つ筒状支持部１２を通してその内側
に導入された各２本のワイヤ２１を、それぞれ逆
方向に巻掛けて、その端部を該ワイヤプーリに固
定している。これらのワイヤ２１は、可撓性のあ
る蛇管１１内に挿通したもので、該蛇管１１の先
端はそれぞれ筒状支持部１２に対して固定し、ワ
イヤ２１のみがワイヤプーリ１８に巻掛けられて
牽引力が伝達される。

なお、上記かみ合せリング１７は、ワイヤプー
リ１８と一体に形成することもできる。

また、上記両ワイヤプーリ１８，１８にはそれ
ぞれ軸１９，１９上において回転する傘歯車２
２，２２を固定し、さらにこれらの両傘歯車２
２，２２に噛合する傘歯車２３を、前記外筒１４
に回転可能に内嵌した先端側の腕の基端筒２４に
固定し、これらによつて差動歯車機構を構成させ
ている。また、上記基端筒２４及び傘歯車２３の
中心には、ワイヤ挿通孔２５を穿設している。

なお、図中、２６，２６は端蓋１３，１３の固
定と該端蓋に対して軸１９，１９を安定的に支持
させるために軸端に螺着したねじ、２７は止めね
じを示している。

上記構成を有する関節駆動機構においては、ワ
イヤ駆動装置におけるステツピングモータ等の駆
動によりワイヤプーリ１８に巻掛けた２本のワイ
ヤ２１，２１のうちの一方を牽引すると共に他方
を弛緩させると、それに伴つてワイヤプーリ１８
が傘歯車２２と共にいずれかの方向に回転し、そ
の傘歯車２２と噛合する傘歯車２３に回転が伝達
されて、先端側の腕が一対のワイヤプーリ１８，
１８の回転の態様に応じて回転または屈曲せしめ
られる。即ち、一対のワイヤプーリ１８，１８を
同一方向へ同一速度で回転させた場合には、それ
らに噛合した傘歯車２３が回転することなく、先
端側の腕が関節において屈曲せしめられ、また一
対のワイヤプーリ１８，１８の一方のみを回転さ
せるとか、相互に逆方向に回転させるなど、両ワ
イヤプーリ１８，１８に相対的な回転が与えられ
た場合には、傘歯車２２，２２に噛合する傘歯車
２２が回転して先端側の腕が回転することにな
る。

このような本発明の関節駆動機構によれば、基
端側の腕の先端に設けた一対の筒状支持部によつ
て関節部のハウジングを形成させ、このハウジン
グを主要な負荷を受けもつ部材として構成してい
るため、著しく剛性を高め、かつ軽量化すること
ができる。また、各関節をワイヤによつて駆動す
るようにしているため、駆動用のモータを基台側
に設けることができ、この点で軽量化をはかれる
ばかりでなく、多関節腕を構成する各種部品を強
度的に許容できる範囲においてプラスチツクやア
ルミニウムにより形成することにより、一層の軽
量化をはかることができる。しかも、上記関節を
駆動するワイヤが各腕内に挿通され、これらのワ
イヤと共にセンサの信号線も各腕内に挿通できる
ため、外観が非常にコンパクトであるという点で
も有利なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多関節腕の全体的な構成
図、第２図は関節部の詳細を示す断面図、第３図
は関節部における差動歯車機構等を除去した状態
の断面図である。 ３，５，７，９……腕、１２……筒状支持部、
１３……端蓋、１４……外筒、１５……筒状部、
１８……ワイヤプーリ、２１……ワイヤ、２２，
２３……傘歯車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基端側の腕の先端に、両端を端蓋で閉鎖した
   一対の筒状支持部を対設し、先端側の腕の基端外
   嵌する外筒に、上記筒状支持部間にそれらと中心
   軸線を一致させて挿入する筒状部を設け、この筒
   状部と上記筒状支持部との間にそれらを回転可能
   に保持するかみ合わせリングを嵌入し、上記筒状
   支持部における両端蓋の内側に、基端側の腕内を
   通じて導びかれたワイヤにより回転駆動されるワ
   イヤプーリを配設し、これらのワイヤプーリに傘
   歯車を固定すると共に、両と噛合する傘歯車を、
   前記外筒に回転可能に内嵌した先端側の腕の基端
   筒に固定し、これらによつて差動歯車機構を形成
   させ、上記筒状部の中央にワイヤ挿通溝を切設す
   ると共に、上記基端筒及びそれに固定した傘歯車
   の中心にワイヤ挿通孔を設け、これらのワイヤ挿
   通溝及びワイヤ挿通孔に、先端側の関節を駆動す
   るためのワイヤを挿通したことを特徴とする多関
   節腕における関節駆動装置。