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技術 ロボットアーム機構

出願人 ライフロボティクス株式会社
発明者 尹祐根佐野光
出願日 2015年5月12日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2015-097239
公開日 2016年12月15日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2016-209970
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ ベルト・チェーン 伝動装置
主要キーワード 短筒状体 基台面 伸縮距離 連結コマ 直動アーム 拘束構造 後方スペース アーム支持体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月15日)のものです。
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図面 (14)

課題

列状に連結された複数の連結コマがそれ単独で柱状体を構成し、複数の連結コマの屈曲拘束及びその解除を、簡易機構で実現すること。

解決手段

ロボットアーム機構の直動伸縮関節部J3は、形状が異なり、交互に列状に連結される第1、第2連結コマ21,23を有する。第1、第2連結コマ21,23の屈曲拘束により柱状体が構成される。第1、第2連結コマ21、23各々は、その表面側の前後それぞれにフックが設けられる。第1連結コマ21は、前後の第1連結コマ21のフックどうし係合することにより屈曲拘束され、係合解除により屈曲状態復帰される。第2連結コマ23は、第1連結コマ21を挟んで前後の第2連結コマ23のフックどうしが係合することにより屈曲拘束され、係合解除により屈曲状態に復帰される。第1、第2連結コマ21,23の屈曲拘束状態/屈曲状態は、第1、第2連結コマ21,23の方向転換により転換される。

概要

背景

垂直多関節部アーム機構には位置に関して3自由度(x,y,z)、姿勢に関して3自由度(φ,θ,ψ)が要求される。手先の併進移動は関節部J1,J2,J3にその連動回転を要求するため特に部と呼ばれる関節部J2の動きは非常に大きくしかもその動きを予測できず、特に特異点の近傍では肘部の動きが非常に高速になることは避けられない。肘関節を解消した上で6自由度を確保するための有効な対策の一つとして直動伸縮機構の採用がある。直動伸縮機構は従来の直動機構と比較して直動アーム可動域が大きいことを特徴としている。直動アームは、例えば列状に連結された複数の連結コマからなる。直動伸縮機構の実用化には直動アームの剛性の確保が重要な課題である。

概要

列状に連結された複数の連結コマがそれ単独で柱状体を構成し、複数の連結コマの屈曲拘束及びその解除を、簡易機構で実現すること。ロボットアーム機構の直動伸縮関節部J3は、形状が異なり、交互に列状に連結される第1、第2連結コマ21,23を有する。第1、第2連結コマ21,23の屈曲拘束により柱状体が構成される。第1、第2連結コマ21、23各々は、その表面側の前後それぞれにフックが設けられる。第1連結コマ21は、前後の第1連結コマ21のフックどうし係合することにより屈曲拘束され、係合解除により屈曲状態復帰される。第2連結コマ23は、第1連結コマ21を挟んで前後の第2連結コマ23のフックどうしが係合することにより屈曲拘束され、係合解除により屈曲状態に復帰される。第1、第2連結コマ21,23の屈曲拘束状態/屈曲状態は、第1、第2連結コマ21,23の方向転換により転換される。

目的

目的は、列状に連結された複数の連結コマがそれ単独で柱状体を構成し、複数の連結コマの屈曲拘束及びその解除を、簡易な機構で実現することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転関節部と直動伸縮関節部とを有するロボットアーム機構において、前記直動伸縮関節部は、背面側において屈曲自在に連結される複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲拘束により柱状体が構成される、前記柱状体を支持する支持部と、前記屈曲状態の連結コマを前記支持部と異なる方向に収納する格納部と、前記支持部と前記格納部との間で前記連結コマを搬送する搬送部とを具備し、前記連結コマは、形状の異なる第1、第2の2種類設けられ、前記第1、第2連結コマは交互に配列され、前記第1連結コマにはその表面側の前後それぞれに第1フックが設けられ、前後の第1連結コマはその間の前記第2連結コマを挟んで前後の第1フックどうし係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第1フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記第2連結コマにはその表面側の前後それぞれに第2フックが設けられ、前後の第2連結コマはその間の前記第1連結コマを挟んで前後の第2フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第2フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記支持部と前記格納部との間の方向転換により前記第1、第2連結コマの屈曲拘束状態/屈曲状態が転換されることを特徴とするロボットアーム機構。

請求項2

前記第1フックは、前記第1連結コマの筒状体を有する第1本体部分の上部左右それぞれに設けられ、前記第2フックは、前記第2連結コマの筒状体を有する第2本体部分の上部中央に設けられることを特徴とする請求項1記載のロボットアーム機構。

請求項3

前記第1連結コマの前後の前記第1フックの合計長は、前記第2連結コマの第2本体部分の長さより長く、前記第2連結コマの前後の前記第2フックの合計長は前記第1本体部分の長さより長いことを特徴とする請求項2記載のロボットアーム機構。

請求項4

前記第1連結コマの前後の前記第1フックは異なる長さを有し、前記第2連結コマの前後の前記第2フックは異なる長さを有することを特徴とする請求項3記載のロボットアーム機構。

請求項5

前記第1連結コマの後方の前記第1フックは、前記第1連結コマの前方の前記第1フックより長く、前記第2連結コマの後方の前記第2フックは、前記第2連結コマの前方の前記第2フックより長いことを特徴とする請求項4記載のロボットアーム機構。

請求項6

前記第1、第2本体部分は断面ロ字形を有し、前記柱状体の上面が平面を成すよう前記第1、第2本体部分及び第1、第2フックが形成されていることを特徴とする請求項2記載のロボットアーム機構。

請求項7

前記第2本体部分は前記第1本体部分と同じ外形状を有することを特徴とする請求項2記載のロボットアーム機構。

請求項8

前記第2本体部分は前記第1本体部分と同じ長さを有することを特徴とする請求項2記載のロボットアーム機構。

請求項9

前記収納部は、前記第1、第2の連結コマを巻き取る巻取部を有することを特徴とする請求項1記載のロボットアーム機構。

技術分野

0001

本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。

背景技術

0002

垂直多関節部アーム機構には位置に関して3自由度(x,y,z)、姿勢に関して3自由度(φ,θ,ψ)が要求される。手先の併進移動は関節部J1,J2,J3にその連動回転を要求するため特に部と呼ばれる関節部J2の動きは非常に大きくしかもその動きを予測できず、特に特異点の近傍では肘部の動きが非常に高速になることは避けられない。肘関節を解消した上で6自由度を確保するための有効な対策の一つとして直動伸縮機構の採用がある。直動伸縮機構は従来の直動機構と比較して直動アーム可動域が大きいことを特徴としている。直動アームは、例えば列状に連結された複数の連結コマからなる。直動伸縮機構の実用化には直動アームの剛性の確保が重要な課題である。

発明が解決しようとする課題

0003

目的は、列状に連結された複数の連結コマがそれ単独で柱状体を構成し、複数の連結コマの屈曲拘束及びその解除を、簡易機構で実現することにある。

課題を解決するための手段

0004

本実施形態に係るロボットアーム機構は、回転関節部と直動伸縮関節部とを有し、前記直動伸縮関節部は、背面側において屈曲自在に連結される複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲拘束により柱状体が構成される、前記柱状体を支持する支持部と、前記屈曲状態の連結コマを前記支持部と異なる方向に収納する格納部と、前記支持部と前記格納部との間で前記連結コマを搬送する搬送部とを具備し、前記連結コマは、形状の異なる第1、第2の2種類設けられ、前記第1、第2連結コマは交互に配列され、前記第1連結コマにはその表面側の前後それぞれに第1フックが設けられ、前後の第1連結コマはその間の前記第2連結コマを挟んで前後の第1フックどうし係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第1フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記第2連結コマにはその表面側の前後それぞれに第2フックが設けられ、前後の第2連結コマはその間の前記第1連結コマを挟んで前後の第2フックどうしが係合することにより屈曲拘束され、前記前後の第2フックの係合解除により屈曲状態に復帰され、前記支持部と前記格納部との間の方向転換により前記第1、第2連結コマの屈曲拘束状態/屈曲状態が転換されることを特徴とする。

図面の簡単な説明

0005

図1は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。
図2は、図1のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。
図3は、図2アーム部を示す斜視図である。
図4は、図3の第1連結コマを示す図である。
図5は、図3の第2連結コマを示す図である。
図6は、図4の第1連結コマの屈曲拘束/解除機構を示す図である。
図7は、図4の第1連結コマの屈曲拘束状態を示す側面図である。
図8は、図5の第2連結コマの屈曲拘束/解除機構を示す図である。
図9は、図5の第2連結コマの屈曲拘束状態を示す側面図である。
図10は、本実施形態の変形例1に係るロボットアーム機構の収納部を示す側面図である。
図11は、本実施形態の変形例2に係るロボットアーム機構のアーム部を示す斜視図である。
図12は、図11の第1連結コマを示す図である。
図13は、図11の第2連結コマを示す図である。

実施例

0006

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。本実施形態に係るロボットアーム機構は、回転関節部と直動伸縮関節部とを有する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

0007

ロボットアーム機構は、複数、ここでは6つの関節部J1,J2,J3,J4,J5,J6を有する。複数の関節部J1,J2,J3,J4,J5,J6は基部1から順番に配設される。一般的に、第1、第2、第3関節部J1,J2,J3は根元3軸と呼ばれ、第4、第5、第6関節部J4,J5,J6はハンド装置の姿勢を変化させる手首3軸と呼ばれる。手首部4は第4、第5、第6関節部J4,J5,J6を有する。根元3軸を構成する関節部J1,J2,J3の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第3関節部J3が直動伸縮関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部2は第3関節部J3を構成する主要な構成要素である。

0008

第1関節部J1は基台面に対して例えば垂直に支持される第1回転軸RA1を中心としたねじり関節である。第2関節部J2は第1回転軸RA1に対して垂直に配置される第2回転軸RA2を中心とした曲げ関節である。第3関節部J3は、第2回転軸RA2に対して垂直に配置される第3軸(移動軸)RA3を中心として直線的にアーム部2が伸縮する関節である。

0009

第4関節部J4は、第3移動軸RA3に一致する第4回転軸RA4を中心としたねじり関節であり、第5関節部J5は第4回転軸RA4に対して直交する第5回転軸RA5を中心とした曲げ関節である。第6関節部J6は第4回転軸RA4に対して直交し、第5回転軸RA5に対して垂直に配置される第6回転軸RA6を中心とした曲げ関節である。

0010

基部1を成すアーム支持体(第1支持体)11aは、第1関節部J1の第1回転軸RA1を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第1関節部J1は図示しない固定台に取り付けられる。第1関節部J1が回転するとき、第1支持体11aはアーム部2の旋回とともに軸回転する。なお、第1支持体11aが接地面に固定されていてもよい。その場合、第1支持体11aとは独立してアーム部2が旋回する構造に設けられる。第1支持体11aの上部には第2支持体11bが接続される。

0011

第2支持体11bは第1支持体11aに連続する中空構造を有する。第2支持体11bの一端は第1関節部J1の回転部に取り付けられる。第2支持体11bの他端は開放され、第3支持体11cが第2関節部J2の第2回転軸RA2において回動自在に嵌め込まれる。第3支持体11cは第1支持体11a及び第2支持体に連通する鱗状外装からなる中空構造を有する。第3支持体11cは、第2関節部J2の曲げ回転に伴ってその後部が第2支持体11bに収容され、また送出される。直動伸縮関節部J3(第3関節部J3)を構成するアーム部2の後部はその収縮により第1支持体11aの内部に収納される。第1支持体11aはアーム部2を収納する収納部11aともいう。

0012

第3支持体11cはその後端下部において第2支持体11bの開放端下部に対して第2回転軸RA2を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第2回転軸RA2を中心とした曲げ関節部としての第2関節部J2が構成される。第2関節部J2が回動すると、アーム部2は、手首部4及びハンド装置とともに第2関節部J2の第2回転軸RA2を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

0013

第4関節部J4は、アーム部2の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第3関節部J3の第3移動軸RA3に典型的には一致する第4回転軸RA4を有するねじり関節である。第4関節部J4が回転すると、第4関節部J4から先端にかけてハンド装置とともに第4回転軸RA4を中心に回転する。第5関節部J5は、第4関節部J4の第4回転軸RA4に対して直交する第5回転軸RA5を有する曲げ関節部である。第5関節部J5が回転すると、第5関節部J5から先端にかけてハンド装置とともに上下に回動する。第6関節部J6は、第4関節部J4の第4回転軸RA4に直交し、第5関節部J5の第5回転軸RA5に垂直な第6回転軸RA6を有する曲げ関節である。第6関節部J6が回転するとハンド装置が左右に旋回する。

0014

上記の通り手首部4のアダプタに取り付けられたハンド装置は、第1、第2、第3関節部J1.J2.J3により任意位置に移動され、第4、第5、第6関節部J4、J5、J6により任意姿勢に配置される。特に第3関節部J3の直動伸縮距離の長さは、基部1の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド装置を到達させることを可能にする。第3関節部J3はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。

0015

図2は、図1のロボットアーム機構の内部構造を示す斜視図である。第3関節部(直動伸縮関節部)J3を構成する直動伸縮機構はアーム部2と射出部30とガイドローラ40とドライブギア50とを有する。ドライブギア50はガイドローラ40とともに搬送部を構成する。

0016

アーム部2は、複数の連結コマが連結されてなる。複数の連結コマには、形状の違いにより第1連結コマ21と第2連結コマ23とが含まれる。第1、第2連結コマ21,23は、断面ロ字形状を有する短筒状体である。第1連結コマ21と第2連結コマ23とは、交互に配列され、互いの底部前後においてピンにより列状に連結される。アーム部2は、アーム部2を構成する第1、第2連結コマ21,23の断面形状により、連結ピンで連結された底部側(内側)に屈曲可能であるが、連結ピンとは反対側(外側)には、隣り合う第1、第2連結コマ21,23の側板端面どうしの当接により屈曲不可である。第1、第2連結コマ21、23の配列は後述する屈曲拘束構造により内側への屈曲が拘束されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成する。柱状体は、第1、第2連結コマ21、23の屈曲が回復されることにより解除される。なお、第1、第2連結コマ21,23の第2回転軸RA2に対向する面を第1、第2連結コマ21、23の背面、背面の逆側の面を第1、第2連結コマ21、23の表面という。第1、第2連結コマ21、23を構成する4つの板のうち、底板に垂直に設けられる2つの板各々を側板、底板に対して対向して設けられる板を天板と称す。それぞれの板の裏面により筒状部分が規定される。第1、第2連結コマ21、23の底板の表面には連結方向(長さ方向)に沿って図示しないリニアギアが形成されている。複数の第1、第2連結コマ21,23が直線状に整列されたときに互いのリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。

0017

射出部30は、複数の上部ローラ31と複数の下部ローラ32とが角筒形状のフレーム35に支持されてなる。例えば、複数の上部ローラ31は所定の間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列され、アーム部2を上面から支持する。同様に、複数の下部ローラ32は所定の間隔、好適には上部ローラ31の配置間隔と略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列され、アーム部2を下面から支持する。射出部30の底板後方の一部分は切り欠かれ、その切り欠かれた部分にドライブギア50が設けられる。ドライブギア50が設けられる位置は、第1、第2連結コマ21、23の底板表面に設けられたリニアギアの位置に対応する。ドライブギア50は図示しない減速器を介してモータ55に接続される。ドライブギア50は、直線状のリニアギアにかみ合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア50とともにラックアンドピニオン機構を構成する。

0018

射出部30の後方から第1支持体(収納部)11aにかけて、複数のガイドローラ40が設けられる。複数のガイドローラ40は、第1、第2連結コマ21,23の幅方向に平行な回転軸を有する。複数のガイドローラ40は、第1支持体(収納部)11aと射出部30との間の、複数の第1、第2連結コマ21,23(アーム部2)の移動経路を形成する。複数のガイドローラ40のうち、先頭のガイドローラ40は、アーム部2の高さ方向に関して、複数の下部ローラ32と同一の位置に設けられる。他のガイドローラ40は、先頭のガイドローラ40と第1支持体11aとの間に配列される。

0019

第1、第2連結コマ21、23は、垂直姿勢で第1支持体11a内に収納されている。モータ55が駆動し、ドライブギア50が順回転すると、複数の第1、第2連結コマ21,23は、他のガイドローラ40により、第1支持体11aから、垂直姿勢を保持した状態で、内側に屈曲しながら先頭のガイドローラ40まで誘導される。先頭のガイドローラ40に誘導された第1、第2連結コマ21,23は、先頭のガイドローラ40により垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。水平姿勢に方向転換された第1、第2連結コマ21,23は射出部30に誘導される。複数の第1、第2連結コマ21,23は、垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するときに、屈曲が拘束され柱状体を構成する。射出部30は、その柱状体を上下左右に支持する。射出部30により柱状体の上下左右が堅持されることで、柱状体の拘束状態が保持される。それにより柱状体は一定の剛性を備え、第3移動軸RA3に沿って直線的に第3支持体11cの開口から外に向かって送り出される。

0020

モータ55が駆動し、ドライブギア50が逆回転すると、柱状体は第3支持体11cの開口から内に向かって引き戻され、射出部30の後方の先頭のガイドローラ40により、水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。柱状体は、垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するときに、その屈曲拘束状態が解除され、第1、第2連結コマ21,23に分離される。分離された第1、第2連結コマ21,23は、個々に屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第1支持体(収納部)11a内に収納される。

0021

図3は、図2のアーム部2を示す斜視図である。図4は、図3の第1連結コマ21を示す図である。図5は、図3の第2連結コマ23を示す図である。
図3に示すように、アーム部2において、第1連結コマ21と第2連結コマ23とは、交互に配列され、互いの底部の前後においてピンにより列状に連絡される。第1、2連結コマ21、23は、同一の幅と同一高さとを有する。第2連結コマ23のコマ本体部分230(以下、第2本体部分230という。)は、第1連結コマ21のコマ本体部分210(以下、第1本体部分210という。)と同一形状に構成される。第2本体部分230は第1本体部分210の長さL11と同一の長さL21を有する。しかしそれに限定されることはなく第2本体部分230は第1本体部分210と異なる長さに構成されていても良い。

0022

図4に示すように、第1連結コマ21は、第1本体部分210と、第1本体部分210の前方に突出して設けられる一対のフック211と、第1本体部分210の後方に突出して設けられる一対のフック213とからなる。第1本体部分210は典型的には断面ロ字の筒状体を有する。第1本体部分210は断面ロ字形状には限定されず、台形状、5以上の多角形状の筒状体に構成されていてもよい。

0023

一対のフック211と一対のフック213とは、第1本体部分210の上部に形成されている。一対のフック211は第1本体部分210の幅方向に分離して設けられる。同様に一対のフック213は第1本体部分210の幅方向に分離して設けられる。フック211,213はそれぞれ第1本体部分210の幅の1/3の幅を有する。フック211の先端部分は形に曲げられている。この鉤形部分の少なくとも内面は連結ピンを中心とした円弧形状に形成されている。フック213の先端部分には、フック211の先端の鉤部を受ける受け孔が形成されている。第1本体部分210の前方に突出する一対のフック211の突出長L12は、第2本体部分230の長さL21の1/2超の長さを有する。同様に、第1本体部分210の後方に突出する一対のフック213の突出長L13は、第2本体部分230の長さL21の1/2超の長さ、好適には、突出長L12と同一の長さを有する。第1連結コマ21の前後のフック211,213の合計長は、第2連結コマ23の第2本体部分230の長さより長く、同様に第2連結コマ23の前後のフック231,233の合計長は第1本体部分210の長さより長い。それにより第2連結コマ23を挟んで前後する第1連結コマ21のうち、後方の第1連結コマ21のフック211の先端の鉤形部分と、前方の第1連結コマ21のフック213の受け孔部分とは、第2連結コマ23の本体部分230の上部中央においてオーバーラップする。

0024

図5に示すように、第2連結コマ23は、第2本体部分230と第2本体部分230の前方に突出して設けられるフック231と、第2本体部分230の後方に突出して設けられるフック233とからなる。第2本体部分230は第1本体部分210と同じ断面形状、典型的には断面ロ字の筒状体を有する。フック231とフック233とは、第2本体部分230の上部に形成されている。フック231は第2本体部分230の幅方向中央に設けられる。同様にフック233は第2本体部分230の幅方向中央に設けられる。フック231,233はそれぞれ第2本体部分230の幅の1/3の幅を有する。一対のフック211とフック231との幅合計は、第1、第2本体部分210、230の幅に一致する。同様に一対のフック213とフック233との幅合計は、第1、第2本体部分210、230の幅に一致する。

0025

フック231の先端部分は、鉤形に曲げられている。この鉤形部分の少なくとも内面は連結ピンを中心とした円弧形状に形成されている。フック233の先端部分には、フック231の鉤部を受ける受け孔が形成されている。第2本体部分230に対して前方に突出する一対のフック231の突出長L22は、第1本体部分210の長さL11の1/2超の長さを有する。同様に、第2本体部分230に対して後方に突出する一対のフック233の突出長L23は、第1本体部分210の長さL11の1/2超の長さ、好適には、突出長L22と同一の長さを有する。第1連結コマ21を挟んで前後する第2連結コマ23のうち、後方の第2連結コマ23のフック231の先端の鉤形部分と、前方の第2連結コマ23のフック233の受け孔部分とは、第1連結コマ21の本体部分210の上部中央においてオーバーラップする。

0026

図3に示すように、一対のフック211、213及びフック231,233は、柱状体の上面が平面を成すように形成される。例えば、図4に示すように、一対のフック211,213は、第1本体部分210の上部左右に設けられる。図5に示すように、フック231,233は、第2本体部分230の上部幅中央に設けられる。なお、第1本体部分210の幅の1/2の幅を有するフック211,213が第1本体部分210の上部右側に設けられ、第2本体部分230の幅の1/2の幅を有するフック231、233が第2本体部分230の上部左側に設けられてもよい。

0027

次に、第1連結コマ21の屈曲を拘束する機構について図6、7を参照して説明する。図6は、図4の第1連結コマ21の屈曲拘束/解除機構を示す図である。ここでは、第1連結コマ21の屈曲拘束機構を説明するため、第2連結コマ23を模式的に示している。ドライブギア50の順回転によるアーム部2の送り出しにともなって、第1連結コマ21は、図6(a)に示す垂直姿勢から、図6(b)の姿勢を経て、図6(c)に示す水平姿勢に方向転換される。前後の第1連結コマ21は、その間の第2連結コマ23を挟んで互いに係合することにより屈曲が拘束される。具体的には、図6に示すように、アーム伸長時、第2連結コマ23を挟んで前後の第1連結コマ21のうち、後方の第1連結コマ21は、先頭のガイドローラ40に差し掛かると、先頭のガイドローラ40の回転軸を中心に回転される。これにより、後方の第1連結コマ21の姿勢は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。垂直姿勢から水平姿勢に方向転換されるとき、後方の第1連結コマ21の一対のフック211の先端の鉤形部分は、連結ピンを中心とした円弧に沿って回転し、後方の第1連結コマ21が水平姿勢に方向転換されるのと同時に、既に水平姿勢の前方の第1連結コマ21の一対のフック213の孔に嵌合する。一方、アーム収縮時、柱状体は、先頭のガイドローラ40に差し掛かると、先頭ガイドローラ40の回転軸を中心に回転される。これにより、柱状体は水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、後方の第1連結コマ21の一対のフック211の先端の鉤形部分が前方の第1連結コマ21の一対のフック213の孔から外れる。これにより、前後の第1連結コマ21の屈曲拘束状態が解除される。屈曲拘束状態が解除された第1連結コマ21は、屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第1支持体11a内に収納される。

0028

第1連結コマ21が収納されるとき、前方の第1連結コマ21のフック213の先端部分は、後方の第1連結コマ21のフック211の先端部分とオーバーラップしているため、ドライブギア50の逆回転によるアーム部2の引き戻しにともなって、前方の第1連結コマ21が水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、前方の第1連結コマ21のフック213は、後方の第1連結コマ21のフック211に覆い被さるか、または、前方の第1連結コマ21のフック213の先端が後方の第1連結コマ21のフック211の先端に接触する。これにより、図2に示すように、第1、第2連結コマ21,23は内側に少し屈曲しながら第1支持体11aに収納される。

0029

図7は、図6の第1連結コマ21の屈曲拘束状態を示す側面図である。図7では、複数の第1連結コマ21を射出部30とともに示している。ここでも、第1連結コマ21の屈曲拘束状態を説明するため、第2連結コマ23を模式的に示している。図7に示すように、柱状体の後端部分は射出部30の上部、下部ローラ31,32により保持される。柱状体は、第1、第2連結コマ21,23の断面形状により、外側に屈曲不可な性質を備える。また、柱状体は、前方の第1連結コマ21の一対のフック213の孔に後方の第1連結コマ21の一対のフック211の鉤形部分が嵌合した状態で、その後端部分が射出部30により保持されることで、内側への屈曲が拘束される。

0030

次に、第2連結コマ23の屈曲を拘束する機構について図8、9を参照して説明する。図8は、図4の第2連結コマ23の屈曲拘束/解除機構を示す図である。ここでは、第2連結コマ23の屈曲拘束機構を説明するため、第1連結コマ21を模式的に示している。ドライブギア50の順回転によるアーム部2の送り出しにともなって、第2連結コマ23は、図8(a)に示す垂直姿勢から、図8(b)の姿勢を経て、図8(c)に示す水平姿勢に方向転換される。前後の第2連結コマ23は、その間の第1連結コマ21を挟んで互いに係合することにより屈曲が拘束される。具体的には、図8に示すように、アーム伸長時、第1連結コマ21を挟んで前後の第2連結コマ23のうち、後方の第2連結コマ23は、先頭のガイドローラ40に差し掛かると、先頭のガイドローラ40の回転軸を中心に回転される。これにより、後方の第2連結コマ23の姿勢は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換される。垂直姿勢から水平姿勢に方向転換されるとき、後方の第2連結コマ23のフック231の先端の鉤形部分は、先頭のガイドローラ40の回転軸を中心とした円弧に沿って回転し、後方の第2連結コマ23が水平姿勢に方向転換されるのと同時に、既に水平姿勢の前方の第2連結コマ23のフック233の孔に嵌合する。一方、アーム収縮時、柱状体は、先頭のガイドローラ40に差し掛かると、先頭ガイドローラ40の回転軸を中心に回転される。これにより、柱状体は水平姿勢から垂直姿勢に方向転換される。水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、後方の第2連結コマ23のフック231の先端の鉤形部分が前方の第2連結コマ23のフック233の孔から外れる。これにより、前後の第2連結コマ23の屈曲拘束状態が解除される。屈曲拘束状態が解除された第2連結コマ23は、屈曲可能な状態に復帰し、垂直姿勢で第1支持体11a内に収納される。

0031

第2連結コマ23が収納されるとき、前方の第2連結コマ23のフック233の先端部分は、後方の第2連結コマ23のフック231の先端部分とオーバーラップしているため、ドライブギア50の逆回転によるアーム部2の引き戻しにともなって、前方の第2連結コマ23が水平姿勢から垂直姿勢に方向転換されるとき、前方の第2連結コマ23のフック233は、後方の第2連結コマ23のフック231に覆い被さるか、または、前方の第2連結コマ23のフック233の先端が後方の第2連結コマ23のフック231の先端に接触する。これにより、図2に示すように、第1、第2連結コマ21,23は内側に少し屈曲しながら第1支持体11aに収納される。

0032

図9は、図8の第2連結コマ23の屈曲拘束状態を示す側面図である。図9では、複数の第2連結コマ23を射出部30とともに示している。ここでも、第1連結コマ21の屈曲拘束状態を説明するため、第1連結コマ21を模式的に示している。図9に示すように、柱状体の後端部分は射出部30の上部、下部ローラ31,32により保持される。柱状体は、第1、第2連結コマ21,23の断面形状により、外側に屈曲不可な性質を備える。また、柱状体は、前方の第2連結コマ23のフック233の孔に後方の第2連結コマ23のフック231の鉤形部分が嵌合した状態で、その後端部分が射出部30により保持されることで、内側への屈曲が拘束される。

0033

以上説明した本実施形態に係るロボットアーム機構の直動伸縮機構によれば、列状に交互に連結された第1、第2連結コマ21,23を垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するだけで、アーム部2の屈曲を拘束することができる。これにより、一定の剛性を備える柱状体を構成することができる。また、柱状体を水平姿勢から垂直姿勢に方向転換するだけで、アーム部2の屈曲拘束状態を解除することができる。これにより、柱状体を第1、第2連結コマ21,23に分離することができる。具体的には、第1、第2連結コマ21,23は垂直姿勢から水平姿勢に方向転換するとき、第2連結コマ23を挟んで前後の第1連結コマ21どうしが係合することにより前後の第1連結コマ21の屈曲が拘束され、第1連結コマ21を挟んで前後の第2連結コマ23どうしが係合することにより前後の第2連結コマ23の屈曲が拘束される。これにより、第1、第2連結コマ21,23は柱状体を構成し、柱状体の後端部分が射出部30に保持されることで、その内側への屈曲が拘束される。柱状体は、第1、第2連結コマ21,23の断面形状により外側への屈曲不可な性質を備える。内側と外側への屈曲が拘束されることで、柱状体は一定の剛性を備える。柱状体は、水平姿勢から垂直姿勢に方向転換するときに、前後の第1、第2連結コマ21,23どうしの係合状態が解除されることで、屈曲拘束状態も解除される。これにより、第1、第2連結コマ21,23は、個々に屈曲可能な状態に復帰する。

0034

列状に交互に連結された第1、第2連結コマ21,23(アーム部2)の方向転換は、搬送部のガイドローラ40を射出部30と第1支持体11aとの間に配置することで、容易に実現することができる。すなわち、本実施形態に係るロボットアーム機構の直動伸縮機構は、簡易な構成で一定の剛性を備える柱状体を実現することができる。

0035

(変形例1)
図10は、本実施形態の変形例1に係るロボットアーム機構の収納部を示す側面図である。変形例1において、第2支持体11bは半円四角形とが合成された側面形状をなす箱形状体である。第2支持体11bは第1支持体11a上に第1、第2回転軸RA1、RA2周りに回転自在、つまり旋回自在及び起伏自在に支持され、アーム部2は第2支持体11bとともに旋回し、また起伏される。変形例1では、アーム部2が第2支持体11bの内部に収納されるため、第2支持体11bを収納部ともいう。

0036

第2支持体11bの内部には、第1、第2連結コマ21,23を内側に巻き取るための円形又は多角形のリール13が収容されている。アーム部2の最後尾の連結コマ21又は23は、リール13の円周面に接続される。リール13の回転軸は、第2回転軸RA2に平行に配置される。リール13の回転はモータ55により駆動される。典型的には、このモータ55はリール13とドライブギア50との共通アクチュエータとして両駆動で兼用される。リール13の回転軸は、モータ55のドライブシャフトに減速器又はベルト機構を介して接続され、その減速比はアーム伸縮速度に連動してアーム部2を送り出し、巻き取るよう調整されている。先頭のガイドローラ40により分離された第1、第2連結コマ21,23は、リール13により円弧状に丸められた状態で第2支持体11b内に収納される。このように、第1、第2連結コマ21,23を円弧状に丸めて収納させるようにしたことで、前方の第1連結コマ21のフック213と後方の第1連結コマ21のフック211との干渉と、前方の第2連結コマ23のフック233と後方の第2連結コマ23のフック231との干渉とを回避し、収納スペース長を短縮することができる。

0037

(変形例2)
図11は、本実施形態の変形例2に係るロボットアーム機構のアーム部2を示す斜視図である。図12は、図11の第1連結コマ21を示す図である。図13は、図11の第2連結コマ23を示す図である。第2連結コマ23を挟んで前後する第1連結コマ21のうち、後方の第1連結コマ21のフック211の先端の鉤形部分と、前方の第1連結コマ21のフック213の受け孔部分とは、第2連結コマ23の本体部分230の上部においてオーバーラップするよう構成できれば、第1本体部分210の前方に突出するフック211の突出長L12と第1本体部分210の後方に突出するフック213の突出長L13とは、同じ長さでなくともよい。

0038

例えば、図11図12に示すように、第1本体部分210の前方に突出する一対のフック211の突出長L12は、第2本体部分230の長さL21の1/2未満であって、第1本体部分210の後方に突出する一対のフック213の突出長L13よりも短く構成されてもよい。同様に、図11図13に示すように、第2本体部分230に対して前方に突出する一対のフック231の突出長L22は、第1本体部分210の長さL11の1/2未満であって、第2本体部分230に対して後方に突出する一対のフック233の突出長L23よりも短く構成されてもよい。このように、第1、第2連結コマ21,23の前方に突出するフック長を短縮することで、第1、第2連結コマ21,23が先頭のガイドローラ40を中心に回転するときの、第2支持体11bの上方のスペースを小さくすることができる。また、第1、第2連結コマ21,23の前方に突出するフック長を短縮することで、第1、第2連結コマ21,23が先頭のガイドローラ40を中心に回転するときの、フック211,231の鉤形部分の力のモーメントを小さくすることができ、フック211、231の鉤形部分がフック213、233の孔に嵌合するときの負荷及び嵌合音を小さくすることができる。

0039

なお、図示しないが、第1本体部分210の後方に突出する一対のフック213の突出長L13は、第2本体部分230の長さL21の1/2未満であって、第1本体部分210の前方に突出する一対のフック211の突出長L12よりも短く構成されてもよい。同様に、第2本体部分230に対して後方に突出する一対のフック233の突出長L23は、第1本体部分210の長さL11の1/2未満であって、第2本体部分230に対して前方に突出する一対のフック231の突出長L22よりも短く構成されてもよい。このように、第1、第2連結コマ21,23の後方に突出するフック長を短縮することで、例えば、第1、第2連結コマ21,23が先頭のガイドローラ40を中心に回転するときの、第2支持体11bの後方スペースを小さくすることができる。

0040

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

0041

1…基部、2…アーム部、4…手首部、J1,J2,J4,J5,J6…回転関節部、J3…直動関節部、11a…第1支持体(収納部)、11b…第2支持体、11c…第3支持体、21…第1連結コマ、23…第2連結コマ

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