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関節装置 コモンズ

国内特許コード P130008875
整理番号 T2012-060
掲載日 2013年4月1日
出願番号 特願2012-232950
公開番号 特開2013-014004
登録番号 特許第5435676号
出願日 平成24年10月22日(2012.10.22)
公開日 平成25年1月24日(2013.1.24)
登録日 平成25年12月20日(2013.12.20)
優先権データ
  • 特願2007-272685 (2007.10.19) JP
発明者
  • 木村 真一
  • 山内 周
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 関節装置 コモンズ
発明の概要

【課題】1関節に2自由度を有し、確実な動作を実現するスリムな関節装置を提供する。
【解決手段】関節装置10は、アーム1の端部とアーム2の端部とが互いに可動自在に連結する。そして、第2交差歯車4と第5及び第6歯車43・44を備える。第2交差歯車4は、関節部1jに配置される。又、第2交差歯車4は、第1非円形歯車41と第2非円形歯車42が輪郭中心を共有する。第1及び第2非円形歯車41・42は、非円形の平歯車となっている。第1非円形歯車41と第2非円形歯車42とは、十字状に交差している。第1非円形歯車41と噛み合う第5歯車43がアーム1に設けられる。第2非円形歯車42と噛み合う第6歯車44がアーム2に設けられる。第5歯車43を回転するとアーム2に対して、アーム1を可動できる。第6歯車44を回転するとアーム1に対して、アーム2を可動できる。
【選択図】図10

従来技術、競合技術の概要


ロボットは、人間に類似した動作や形態を有し、コンピュータ制御により複雑な動作を自動化している。産業用ロボットは、物品を搬送又は移載することを主用途としており、多関節型、円筒・極座標型、直交座標型などに分類されている。この内、関節装置を連設した多関節型の産業用ロボットは、動作範囲が大きいという利点があるため、広く利用されている。



上述した産業用ロボットの関節装置としては、固定アームと従動アームが関節部で連結されており、固定アームに対して従動アームが屈折するように回動する産業用ロボットの関節装置が発明されている(例えば、特許文献1参照)。



特許文献1による関節装置は、関節部にハイポイドギア(食違い歯車)と波動歯車装置(調和減速機)を配置しており、固定アームに内蔵されたモータを駆動すると、ハイポイドギアの原動歯車(小歯車)が従動歯車(大歯車)に回転を伝達し、更に波動歯車装置で減速されて、従動アームを回動するように構成している。



特許文献1は、ハイポイドギアの原動歯車に回転軸を両端支持しているので、精度と信頼性が高い産業用ロボットの関節装置を提供できると、している。又、特許文献1は、「このような関節装置は、モジュール化されているので、各種の組み合わせが可能である。」と記載している。すなわち、この関節装置を連設して多関節型の産業用ロボットを実現できることを示唆している。



一方、マニピュレーターは、人間の手の構造を模した機械を遠隔から操作して、人間の代わりに作業ができる。マニピュレーターは、人間が立ち入ることが困難な放射線下、又は高温下での作業を可能としている。



例えば、関節装置をモジュール化したモジュール型マニピュレーターは、人間が接近困難な宇宙空間での作業を容易とする。モジュール型マニピュレーターに設けられた複数の関節装置を協調的に動作させ、これらの関節装置を自律分散的に制御すれば、宇宙空間での複雑な変化に柔軟に対応できる。



上述したモジュール型マニピュレーターとしては、関節部において旋回と斜行の2自由度をもつ関節装置が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。



非特許文献1による関節装置は、一方のアームの端部と他方のアームの端部が関節部において、傾斜して連結している。一方のアームの端部と他方のアームの端部は、一対の中空の半球体同士が球体を形成するように関節部を覆っている。



この球体には、一方のアームの半球体に固定された波動歯車装置付きモータを内蔵している。そして、他方のアームの半球体に固定された傾斜軸(ロータ)を前記モータが回転できるように構成されている。この傾斜軸は、他方のアームの軸中心に対して傾斜しているので、前記モータを駆動すると、他方のアームの端末を旋回できる。つまり、この関節装置は、円筒・極座標型のロボットとなっている。



又、他方のアームは、二重管構造となっており、内管に固定された波動歯車装置付きモータが外管を回転させる構造となっている。そして、一方のアームの端末とこの他方のアームの端末を接続して関節装置を連設すれば、複雑な動作が可能なモジュール型マニピュレーターを実現できる。

産業上の利用分野


本発明は、関節装置に関する。特に、ロボット、又はマニピュレーターなどに用いられる関節装置の構造に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一方のアームの端部と他方のアームの端部とが互いに可動自在に連結する関節装置であって、
関節部に配置する第2交差歯車であって、所定の閉曲線からなる第1ピッチ曲線に等間隔に少なくとも複数の歯を設ける第1非円形歯車と所定の閉曲線からなる第2ピッチ曲線に等間隔に少なくとも複数の歯を設ける第2非円形歯車とが輪郭中心を共有し、かつ第1ピッチ曲線を含む第3平面と前記第2ピッチ曲線を含む第4平面とが直交する第2交差歯車を備え
前記第2交差歯車は、
前記第1非円形歯車の輪郭中心軸方向に延びて前記第2非円形歯車の両翼に外在する第3回動軸と、
前記第2非円形歯車の輪郭中心軸方向に延びて前記第1非円形歯車の両翼に外在する第4回動軸と、を有し、
一方の前記アームは、
前記第1非円形歯車と噛み合う第5歯車と、
この第5歯車と同軸上に配列する第1ウォーム歯車と、
この第1ウォーム歯車と噛み合う第1ウォームと、
前記第1ウォームを回転する第1モータと、
前記第3回動軸の両端部を回動が可能に、かつ離間が困難に支持する第3支持端末と、を有し、
他方の前記アームは、
前記第2非円形歯車と噛み合う第6歯車と、
この第6歯車と同軸上に配列する第2ウォーム歯車と、
この第2ウォーム歯車と噛み合う第2ウォームと、
前記第2ウォームを回転する第2モータと、
前記第4回動軸の両端部を回動が可能に、かつ離間が困難に支持する第4支持端末と、を有する、関節装置。
【請求項2】
前記第2交差歯車は、前記第5歯車及び前記第6歯車の歯面を前記第1非円形歯車及び前記第2非円形歯車の歯面に当接する力を付勢する付勢部材を備える請求項1記載の関節装置。
【請求項3】
前記付勢部材は、引張りコイルばねからなり、
前記第2交差歯車は、前記第5歯車及び前記第6歯車の歯面を前記第1非円形歯車及び前記第2非円形歯車の歯面に円滑に追従させる衝撃吸収部材を備える請求項2記載の関節装置。
【請求項4】
前記第2交差歯車は、前記第1非円形歯車又は前記第2非円形歯車のいずれか一方が第3円周に等間隔に少なくとも複数の歯を設ける第7歯車からなる請求項1から3のいずれかに記載の関節装置。
【請求項5】
前記第1非円形歯車及び前記第2非円形歯車は、楕円形状の非円形歯車からなり、短半径同士が交差している請求項1から3のいずれかに記載の関節装置。
前記
【請求項6】
前記第1非円形歯車及び前記第2非円形歯車は、楕円形状の非円形歯車からなり、長半径同士が交差している請求項1から3のいずれかに記載の関節装置。
産業区分
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012232950thum.jpg
出願権利状態 登録
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