(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールにおいて、
前記回転側リンクはコ字状フレームを備え、
前記固定側リンクは前記コ字状フレームの内側にあって前記コ字状フレームを、負荷側および反負荷側のベアリングを介して両持ちで回転支持し、
前記固定側リンクの外殻を前記回転駆動機構のハウジングと一体に構成し、
かつ、前記回転駆動機構の回転軸の負荷側を、回転駆動機構内部のベアリングで支持することなく前記コ字状フレームに直接固定したことを特徴とする関節モジュール。
【請求項２】
前記固定側リンクと前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を備えるとともに、
前記回転側リンクの側面にタップ穴を設けて、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに追加の結合部を取り付けるための座を構成したことを特徴とする請求項１に記載の関節モジュール。
【請求項３】
前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の関節モジュール。
【請求項４】
前記結合部に電気信号を伝達するコネクタを備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の関節モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結して多関節構造のマニピュレータを構成する関節モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールを複数個連結して多関節ロボットを構成することが知られている。例えば、特開平０９−０２９６７１号公報には図７に示すような関節モジュールが開示されている。図において、６１は固定側リンクであり、関節部６２を介して回転側リンク６３を回転自在に支持するともに、内蔵された減速機付きモータ６４で回転側リンク６３を駆動するものである。また、固定側リンク６１の端部には機械的ガイド６５ａ、結合機構６６ａおよび電気的接続コネクタ６７ａが設けられている。回転側リンク６３の端部にも、機械的ガイド６５ｂ、結合機構６６ｂおよび電気的接続コネクタ６７ｂが設けられている。機械的ガイド６５ａと６５ｂ、結合機構６６ａと６６ｂ、電気的接続コネクタ６７ａと６７ａは互いに嵌合する構造になっている。
このような関節モジュールはそれぞれ関節毎に独立した駆動機構を備え、分離結合が容易であるので、関節モジュールを複数連結することによって、所望の多関節マニピュレータを自在に構成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の関節モジュールにおいては、減速機付きモータを固定側リンクに内蔵していたので、関節モジュールのリンク部が長くなるという問題があった。また、関節モジュールの結合部がリンクの端部に限定されているので、連結時の関節形態が関節モジュール自身の構造によって定まってしまい、構成するロボットの軸構成も限定されてしまうという問題があった。
さらに、減速機付きモータの動力を関節部に伝えるための伝達機構が複雑になるという問題もあった。
そこで、本発明は駆動機構を関節モジュールの関節部に組み込んだ関節モジュールを提供することを目的とする。
また、他の関節モジュールと結合するための結合部を複数個備えた関節モジュールを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は次のように構成したものである。
請求項１の発明は、固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールにおいて、前記回転側リンクはコ字状フレームを備え、前記固定側リンクは前記コ字状フレームの内側にあって前記コ字状フレームを、負荷側および反負荷側のベアリングを介して両持ちで回転支持し、前記固定側リンクの外殻を前記回転駆動機構のハウジングと一体に構成し、かつ、前記回転駆動機構の回転軸の負荷側を、回転駆動機構内部のベアリングで支持することなく前記コ字状フレームに直接固定したものである。
請求項２の発明は、前記固定側リンクと前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を備えるとともに、前記回転側リンクの側面にタップ穴を設けて、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに追加の結合部を取り付けるための座を構成したものである。
請求項３の発明は、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個備えたものである。
請求項４の発明は、前記結合部に電気信号を伝達するコネクタを備えたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す関節モジュールの断面図である。
図において、１は駆動機構を内蔵する固定側リンクであり、２は固定側リンク１に対して回転する回転側リンクである。
１１は固定側リンク1 のフレームである。フレーム１１は円筒形のケースであり、その両端にはブラケット１２，１３が取り付けられて、固定側リンク１１の外殻を形成している。１４はモータの固定子であり、フレーム１１の内側に固定されている。１５はモータの回転子であり、その反負荷側の端部でブラケット１２にベアリング１６を介して回転自在に支持されている。つまり、フレーム１１およびブラケット１２，１３はモータのハウジングとしても機能している。
このように、固定側リンク１の外殻とモータのハウジング構造を共有化したのは、部品点数を低減し、関節モジュールを小型化するためである。ここでは、回転駆動機構の例としてモータを直結する機構を選んだが、減速機付きモータであってもよいし、他の回転アクチュエータであってもよい。またフレーム１１の内部に例えばモータの回転角度を検出するためのエンコーダのようなセンサを組み込めることは言うまでもない。
回転側リンク２は、部材２１、部材２２および部材２３をコ字状に組み合わせたフレームである。部材２１は固定側リンク１のブラケット１３にベアリング２４を介して回転自在に支持されている。また部材２３は固定側リンク１のブラケット１２にベアリング２５を介して回転自在に支持されている。このように、回転側リンク２はコ字状フレームを備えるとともに、固定側リンク１に両持ちで支持されている。
このような両側支持構造にしたのは、関節を回転モーメントに対して強固なものとするためである。
モータの回転子１５は負荷側の端部で部材２１に直接固定され、回転側リンク２を回転駆動している。一般的なモータでは回転子は反負荷側と負荷側の両方のブラケットで回転支持されているが、本発明の関節モジュールのモータの回転子１５は負荷側のブラケット１３に直接支持されず、部材２１を介してベアリング２４でブラケット１３に回転支持されている。つまり、回転駆動機構の回転軸を前記コ字状フレームに直接固定する事により、回転軸を負荷側で回転支持するベアリングを省いている訳である。
このような構造を取ったのは、回転駆動機構の回転軸の支持構造と回転側リンクの支持構造を共有化することで、部品点数を低減し、関節モジュールを小型化するためである。
【０００６】
図２は本発明の第２の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
図２において、３は関節モジュールである。関節モジュール３の内部の構造は前記の第１の実施例と同一である。３１は関節モジュール３の固定側リンク１にに取り付けられた突起である。３２は回転側リンク２に設けられた切り欠きである。突起３１と切り欠き３２は互いに嵌合するような寸法と形状に整えられ、突起３１には通し穴３３が、切り欠き３２にはタップ穴３４が穿たれている。また回転側リンク２の側面には別のタップ穴３５が穿たれている。
【０００７】
図３は関節モジュールを上下に結合した状態を示す説明図である。図３において、３ａおよび３ｂは前述した関節モジュール３と同形の関節モジュールであり、関節モジュール３ａの上に関節モジュール３ｂを結合している。関節モジュール３ａの切り欠き３２に関節モジュール３ｂの突起３１を嵌合させ、ネジ３６を突起３１の通し穴３３を通して切り欠き３２のタップ穴３４にねじこんで締め上げている。つまり、突起３１と切り欠き３４は関節モジュール３を互いに位置決めして結合する結合部としての機能を果たしている。
【０００８】
図４は関節モジュール３ｂを関節モジュール３ａの側面に結合した状態を示す図である。図４において、４１はアダプタであり、関節モジュール３ａの回転側リンク２の側面にタップ穴３５とネジ４２を利用して固定されている。アダプタ４１には切り欠き３４と同形の切り欠き４３が設けられている。関節モジュール３ｂは突起３１を切り欠き４３に嵌合させてネジ３６で締め上げて固定されている。つまり、アダプタ４１は関節モジュール３ｂを関節モジュール３ａの側面に結合するための追加の結合部として機能している。またタップ穴３５が穿たれた関節モジュール３ａの回転側リンク２の側面は、追加の結合部を取り付けるための座として機能する。また、関節モジュールを相互に結合するための追加の結合部は、座を介して着脱自在に取り付けられる物に限られる訳ではなく、固定側リンク１および回転側リンク２に直接形成される物であっても良い。つまり、固定側リンク１または回転側リンク２に複数の結合部を備えていても良い。
【０００９】
図５は関節モジュール３ｂを関節モジュール３ａの上にアダプタを介して結合した状態を示す図である。
図５において、４４はアダプタであり、その下端に突起４５と、その上端に切り欠き４６を備えている。アダプタ４４は突起４５を関節モジュール３ａの切り欠き３４に嵌合させて、関節モジュール３ａに固定されている。関節モジュール３ｂは突起３１をアダプタ４４の切り欠き４６に嵌合させて、ネジ３６で固定されている。突起４５と切り欠き４６はその方向を９０度変えて取付けられているので、関節モジュール３ａの回転軸と関節モジュール３ｂの回転軸は９０度向きが異なるねじれの位置になっている。アダプタ４１およびアダプタ４４の形状および寸法は、必要に応じて様々に設計可能なので、関節間の長さや関節モジュールを連結する向きを変更することができ、関節モジュールによって構成するマニピュレータの関節構造の多様性を図ることができる。
【００１０】
図６は本発明の第３の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
図６において、５１は関節モジュール３の回転側リンク２に取り付けられた電気信号の接続用の雄コネクタであり、５２は固定側リンク１に取り付けられた雌コネクタである。雄コネクタ５１と雌コネクタ５２の間は信号線５３で接続されている。関節モジュール３相互を機械的に結合すると、これらのコネクタが嵌合して信号線を接続するので、隣接する関節モジュール間で信号が伝達される構造になっている。この信号線は、関節モジュールで構成したマニピュレータの先端に設置するセンサや効果器の電気信号線として利用することが可能で、また、必要に応じて、固定側リンクの雌コネクタ５２に信号処理回路を内蔵し、関節モジュールの駆動機構などの信号を送受信する構成にすることも可能である。この実施の形態によれば、電気信号線を関節モジュールの機構内部で接続することができ、モジュールの機構外部に引き出す信号ケーブル線を削減し、従って、構成するマニピュレータの外部に這わせる信号ケーブルを削減することが可能となる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に記載の発明は、回転側リンクを固定側リンクで両持ち支持するので、回転モーメントに対して強固な支持構造をもつ関節モジュールが得られるという効果がある。
また、固定側リンクの外殻とモータのハウジング構造を共有化することで、部品点数を低減し、関節モジュールを小型にできるという効果がある。
また、駆動機構の出力軸の負荷側の支持ベアリングと回転側リンクの支持ベアリングが共通なので、関節モジュールの部品点数を低減し、関節モジュールを小型にできるという効果がある。
また、請求項２に記載の発明は、関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個設けているので、関節モジュールによって構成するマニピュレータの関節構造の多様性を図ることができるという効果がある。
また、請求項３に記載の発明は、電気信号を伝達するコネクタを関節モジュールの結合に設けているので、関節モジュールを機械的に結合すると同時に電気的接続が完了するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す関節モジュールの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図３】図２に示す関節モジュールを上下に結合した状態を示す説明図である。
【図４】図２に示す関節モジュールの側面に別の関節モジュールを結合した状態を示す説明図である。
【図５】図２に示す関節モジュールをアダプタを介して上下に結合した状態を示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図７】従来の関節モジュールの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：固定側リンク
１１：フレーム  １２：ブラケット  １３：ブラケット  １４：固定子
１５：回転子    １６：ベアリング
２：回転側リンク
２１，２２，２３：部材      ２４，２５：ベアリング
３，３ａ，３ｂ：関節モジュール
３１：突起  ３２：切り欠き  ３３：通し穴  ３４，３５：タップ穴
３６：ネジ
４１：アダプタ  ４２：ネジ  ４３：切り欠き  ４４：アダプタ  ４５：突起
４６：切り欠き
５１：雄コネクタ  ５２：雌コネクタ  ５３：信号線
６１：固定側リンク  ６２：関節部  ６３：回転側リンク
６４：減速機付モータ  ６５ａ，６５ｂ：機械的ガイド
６６ａ，６６ｂ：結合機構  ６７ａ，６７ｂ：電気的接続コネクタ
【図１】
0003627912.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003627912.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003627912.tif 000007
【図７】
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