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公開番号2024136884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023048181
出願日2023-03-24
発明の名称ロボットの手首機構
出願人白山工業株式会社
代理人個人,個人
主分類B25J 17/02 20060101AFI20240927BHJP(手工具;可搬型動力工具;手工具用の柄;作業場設備;マニプレータ)
要約【課題】原子炉などの極限状態においても構成要素が破壊、損傷されることなく信頼性が高く、純粋にメカニカルな構造となっていて、作業を行うロボットの指先を含めた4自由度で柔軟に動作するロボットの手首機構を提供する
【解決手段】グリッパを具備するロボットの手首機構において、根本側からメカニカルな動力伝達系で伝搬される4つの駆動源からの駆動力で、互いに直交する3軸自由度の回転運動と、グリッパを開閉する1自由度の開閉運動を実現する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
グリッパを具備するロボットの手首機構において、根本側からメカニカルな動力伝達系で伝搬される４つの駆動源からの駆動力で、互いに直交する３軸自由度の回転運動と、前記グリッパを開閉する１自由度の開閉運動とを実現することを特徴とするロボットの手首機構。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記３軸自由度の回転運動が、第１回転軸と、前記第１回転軸に直交する第２回転軸と、前記第２回転軸に直交する第３回転軸とで成る請求項１に記載のロボットの手首機構。
【請求項３】
第１回転軸回りに回転自在に支持され、第１の駆動源で回転駆動される第１の傘歯車と、
前記第１回転軸回りに回転自在に支持され、前記第１の傘歯車の軸内を貫通し、第３の駆動源で駆動される第３の傘歯車と、
前記第１回転軸回りに、前記第１の傘歯車及び前記第３の傘歯車と対向して回転自在に支持され、第２の駆動源で駆動される第２の傘歯車と、
前記第２の傘歯車の軸内を貫通して回転自在に支持され、第４の駆動源で駆動される第４の傘歯車と、
前記第１の傘歯車及び前記第２の傘歯車と噛合し、前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転自在に支持される第５の傘歯車と、
前記第２回転軸回りに回転自在に支持される前記第５の傘歯車の軸内を貫通して回転自在に支持され、前記第３の傘歯車と噛合する第６の傘歯車と、
前記第２回転軸回りに回転自在に支持される前記第６の傘歯車の軸内を貫通して回転自在に支持され、前記第４の傘歯車と噛合する第７の傘歯車と、
前記第６の傘歯車の軸の他端に連結された第８の傘歯車と、
前記第７の傘歯車の軸の他端に連結された第９の傘歯車と、
前記第２回転軸と直交する第３回転軸の一端に連結され、前記第８の傘歯車と噛合する第１０の傘歯車と、
前記第９の傘歯車と噛合し、軸が前記第１０の傘歯車の軸内を貫通して前記第３回転軸の一端に連結された第１１の傘歯車と、
前記第３回転軸の他端に連結されたグリッパと、
前記第１１の傘歯車の他端に連結され、前記グリッパを開閉する減速機構と、
で構成されていることを特徴とするロボットの手首機構。
【請求項４】
前記第１の駆動源による前記第１の傘歯車の駆動と前記第２の駆動源による前記第２の傘歯車の駆動により、前記第２回転軸の前記第１転軸回りの回転角と自分自身の第２回転軸回りの回転角を制御し、前記第３の駆動源による前記第３の傘歯車の駆動により、前記第３回転軸の第２回転軸回りの回転角を制御し、前記第４の駆動源による前記第４の傘歯車の駆動により、前記減速機構を介して前記グリッパを開閉制御する請求項３に記載のロボットの手首機構。
【請求項５】
第１回転軸回りに回転自在に支持され、軸の一端に第１の駆動輪が連結され、他端に第１の回転輪が連結された第１の駆動体と、
前記第１回転軸回りに回転自在に支持され、前記第１の駆動体の軸を貫通した軸の一端に第３の駆動輪が連結され、他端に第３の回転輪が連結された第３の駆動体と、
前記第１回転軸回りに、前記第１の駆動体及び前記第３の駆動体と対向し、軸の一端に第２の駆動輪が連結され、他端に第２の回転輪が連結された第２の駆動体と、
前記第１回転軸回りに、前記第２の駆動体の軸を貫通した軸の一端に第４の駆動輪が連結され、他端に第４の回転輪が連結された第４の駆動体と、
前記第１回転軸と直交して配設された第５の回転輪と、
回転自在に前記第５の回転輪を貫通した軸の一端に連結された第６の回転輪と、他端に連結された第８の回転輪と、
前記第５の回転輪及び前記第６の回転輪の軸を貫通した軸の一端に連結された第７の回転輪と、他端に連結された第９の回転輪と、
前記第２回転軸と直交して配設された第３回転軸の一端に設けられた第１０の回転輪と、他端に第１の減速装置を介して連結されたグリッパと、
前記第１０の回転輪を貫通した軸の一端に設けられた第１１の回転輪と、前記第１１の回転輪の他端に設けられた第２の減速装置で駆動される前記グリッパの把持部材と、
第１の方向変換用回転体を介して、前記第１の回転輪、前記第５の回転輪、前記第２の回転輪に懸架された第１の紐状部材と、
第２の方向変換用回転体を介して、前記第３の回転輪、前記第７の回転輪に懸架された第２の紐状部材と、
第３の方向変換用回転体を介して、前記第４の回転輪、前記第６の回転輪に懸架された第３の紐状部材と、
第４の方向変換用回転体を介して、前記第９の回転輪、前記第１０の回転輪に懸架された第４の紐状部材と、
第５の方向変換用回転体を介して、前記第８の回転輪、前記第１１の回転輪に懸架された第５の紐状部材と、
で構成されていることを特徴とするロボットの手首機構。
【請求項６】
前記第１の駆動源による前記第１の回転輪の駆動及び前記第２の駆動源による前記第２の回転輪の駆動と前記第５の回転輪の係合により、前記第１回転軸回りの第２回転軸の回転と、前記第２回転軸回りの第３回転軸の回転角を制御し、
前記第３の駆動源による前記第３の回転輪の駆動により、前記第３回転軸回りの回転角を前記第１の減速装置を介して制御し、
前記第４の駆動源による前記第４の回転輪の駆動により、前記第２の減速装置を介して前記グリッパを開閉制御する請求項５に記載のロボットの手首機構。
【請求項７】
前記第１の回転輪～前記第１１の回転輪がいずれもプーリであり、前記第１の紐状部材～前記第５の紐状部材がいずれもワイヤ若しくはロープである請求項５又は６に記載のロボットの手首機構。
【請求項８】
前記第１の回転輪～前記第１１の回転輪がいずれもスプロケットであり、前記第１の紐状部材～前記第５の紐状部材がいずれもチェーンである請求項５又は６に記載のロボットの手首機構。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットの手首機構に関し、特に３方向の回転と共に、グリッパの開閉も行い得る４自由度のロボットの手首機構に関する。即ち、本発明は、根本側からメカニカルな動力伝達系で伝搬される４つの駆動源からの駆動力で、互いに直交する３軸自由度の回転運動と、グリッパを開閉する１自由度の開閉運動（回転運動）とを実現するロボットの手首機構に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ロボットの手首機構は、ロボットアームの先端部のロボットハンドを繋ぐ部分に相当し、手首機構の先端部には、物体を把持するなどの作業を行うグリッパ（指）が設けられている。根元側の駆動源から動力伝達されるように構成される、ロボットの手首機構に関する従来技術を示す文献として、例えば下記文献が挙げられるが、いずれも３自由度以下の動きに留まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６４４３４５６号公報
特開昭５７－６１４９１号公報
特開平８－１４１９６８号公報
特開２００６－２８９５３４号公報
米国特許出願公開第2012/0067150号明細書
米国特許出願公開第2012/0034022号明細書
【非特許文献】
【０００４】
Makoto Jinno, “Proof of concept for a wrist mechanism for articulated forceps for use in robot-assisted laparoscopic surgery”, ROBOMECH Journal 5, Article number. 5 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃炉作業を行うロボットの指先や手首は、高放射性物質に直接触れたり、すぐ傍らに近づくため、放射線に弱い半導体部品やセンサを搭載しないことが望ましい。即ち、モータ（アクチュエータ）やモータドライバはアーム機構の基台部に搭載し、手先機構は純粋にメカニカルな機構駆動系のみで構成して、根元から遠隔駆動することが望ましい。そして、手首機構には３方向の回動と共に、グリッパの開閉も含めると合計４自由度の運動を遠隔操作できることが必要である。
【０００６】
しかしながら、従来のロボットの手首機構では、根元からの動力伝達でもって４自由度の運動（回動）をするものは存在していなかった。
【０００７】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、原子炉などの極限状態においても構成要素が破壊、損傷されることなく信頼性が高く、純粋にメカニカルな構造となっていて、作業を行うロボットの指先を含めた４自由度で柔軟に動作するロボットの手首機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、グリッパを具備するロボットの手首機構に関し、本発明の上記目的は、根本側からメカニカルな動力伝達系で伝搬される４つの駆動源からの駆動力で、互いに直交する３軸自由度の回転運動と、前記グリッパを開閉する１自由度の開閉運動を実現することにより達成される。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、第１回転軸回りに回転自在に支持され、第１の駆動源（Ｘ
１
）で回転駆動される第１の傘歯車（１０１）と、前記第１回転軸回りに回転自在に支持され、前記第１の傘歯車（１０１）の軸内を貫通し、第３の駆動源（Ｘ
３
）で駆動される第３の傘歯車（１０３）と、前記第１回転軸回りに、前記第１の傘歯車（１０１）及び前記第３の傘歯車（１０３）と対向して回転自在に支持され、第２の駆動源（Ｘ
２
）で駆動される第２の傘歯車（１０２）と、前記第２の傘歯車（１０２）の軸内を貫通して回転自在に支持され、第４の駆動源（Ｘ
４
）で駆動される第４の傘歯車（１０４）と、前記第１の傘歯車（１０１）及び前記第２の傘歯車（１０２）と噛合し、前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転自在に支持される第５の傘歯車（１１０）と、前記第２回転軸回りに回転自在に支持される前記第５の傘歯車（１１０）の軸内を貫通して回転自在に支持され、前記第３の傘歯車（１０３）と噛合する第６の傘歯車（１１１）と、前記第２回転軸回りに回転自在に支持される前記第６の傘歯車（１１１）の軸内を貫通して回転自在に支持され、前記第４の傘歯車（１０４）と噛合する第７の傘歯車（１１２）と、前記第６の傘歯車（１１１）の軸の他端に連結された第８の傘歯車（１１３）と、前記第７の傘歯車（１１２）の軸の他端に連結された第９の傘歯車（１１４）と、前記第２回転軸と直交する第３回転軸の一端に連結され、前記第８の傘歯車（１１３）と噛合する第１０の傘歯車（１２０）と、前記第９の傘歯車（１１４）と噛合し、軸が前記第１０の傘歯車（１２１）の軸内を貫通して前記第３回転軸の一端に連結された第１１の傘歯車（１２１）と、前記第３回転軸の他端に連結されたグリッパ（１４０）と、前記第１１の傘歯車（１２１）の他端に連結され、前記グリッパ（１４０）を開閉する減速機構（１３０）とで構成されていることにより達成される。
【００１０】
更に、本発明の上記目的は、第１回転軸回りに回転自在に支持され、軸の一端に第１の駆動輪（２０１Ｂ）が連結され、他端に第１の回転輪（２０１Ｃ）が連結された第１の駆動体（２０１）と、前記第１回転軸回りに回転自在に支持され、前記第１の駆動体（２０１）の軸を貫通した軸の一端に第３の駆動輪（２０３Ｂ）が連結され、他端に第３の回転輪（２０３Ｃ）が連結された第３の駆動体（２０３）と、前記第１回転軸回りに、前記第１の駆動体（２０１）及び前記第３の駆動体（２０３）と対向し、軸の一端に第２の駆動輪（２０２Ｂ）が連結され、他端に第２の回転輪（２０２Ｃ）が連結された第２の駆動体（２０２）と、前記第１回転軸回りに、前記第２の駆動体（２０２）の軸を貫通した軸の一端に第４の駆動輪（２０４Ｂ）が連結され、他端に第４の回転輪（２０４Ｃ）が連結された第４の駆動体（２０４）と、前記第１回転軸と直交して配設された第５の回転輪（２１０）と、回転自在に前記第５の回転輪（２１０）を貫通した軸の一端に連結された第６の回転輪（２１１）と、他端に連結された第８の回転輪（２１２）と、前記第５の回転輪（２１０）及び前記第６の回転輪（２１１）の軸を貫通した軸の一端に連結された第７の回転輪（２１３）と、他端に連結された第９の回転輪（２１４）と、前記第２回転軸と直交して配設された第３回転軸の一端に設けられた第１０の回転輪（２２０）と、他端に第１の減速装置（２２１）を介して連結されたグリッパ（２９０）と、前記第１０の回転輪（２２０）を貫通した軸の一端に設けられた第１１の回転輪（２３０）と、前記第１１の回転輪（２３０）の他端に設けられた第２の減速装置（２３１）で駆動される前記グリッパ（２９０）の把持部材（２９１，２９２）と、第１の方向変換用回転体（２４１，２４２）を介して、前記第１の回転輪（２０１Ｃ）、前記第５の回転輪（２１０）、前記第２の回転輪（２０２Ｃ）に懸架された第１の紐状部材（２４０）と、第２の方向変換用回転体（２５１）を介して、前記第３の回転輪（２０３Ｃ）、前記第７の回転輪（２１３）に懸架された第２の紐状部材（２５０）と、第３の方向変換用回転体（２６１）を介して、前記第４の回転輪（２０４Ｃ）、前記第６の回転輪（２１１）に懸架された第３の紐状部材（２６０）と、第４の方向変換用回転体（２７１）を介して、前記第９の回転輪（２１４）、前記第１０の回転輪（２２０）に懸架された第４の紐状部材（２７０）と、第５の方向変換用回転体（２８１）を介して、前記第８の回転輪（２１２）、前記第１１の回転輪（２３０）に懸架された第５の紐状部材（２８０）とで構成されていることにより達成される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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