アーム装置
【課題】所望の出力トルクを得ることができかつアーム装置において好適な構成を備えるアーム装置を提供する。
【解決手段】
アーム装置10であって、第一アーム1と、第一アーム1の下部1aに回転可能に連結される関節部2aと関節部2aから延出する本体部2bと関節部2aに対して本体部2bの反対側に延出する作用部2cとを一体に備える第二アーム2と、作用部2cに回転可能に連結されかつ上方に延出するリンク3と、リンク3の上部に回転可能に連結される第二連結部6bと第一アーム1に回転可能に連結される第一連結部5aとを備えかつ二つの連結部5a,6bの距離を伸縮可能に連結する入力機構4と、入力機構4を第一アーム1に対して回転させることで第二アーム2を第一アーム1に対して回転させる動力源18とを有する。
【解決手段】
アーム装置10であって、第一アーム1と、第一アーム1の下部1aに回転可能に連結される関節部2aと関節部2aから延出する本体部2bと関節部2aに対して本体部2bの反対側に延出する作用部2cとを一体に備える第二アーム2と、作用部2cに回転可能に連結されかつ上方に延出するリンク3と、リンク3の上部に回転可能に連結される第二連結部6bと第一アーム1に回転可能に連結される第一連結部5aとを備えかつ二つの連結部5a,6bの距離を伸縮可能に連結する入力機構4と、入力機構4を第一アーム1に対して回転させることで第二アーム2を第一アーム1に対して回転させる動力源18とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットなどに設けられるアーム装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のアーム装置は、平行四辺形になるようにそれぞれが回転可能に連結される第一〜第四リンクと、第一リンクに対して第二リンクを回転させる駆動源を有する。動力源によって第二リンクを第一リンクに対して回転させることで、第三リンクが第一リンクに対して回転して、第三リンクが物を持上げる(特許文献1の図1等参照)。
【0003】
アーム装置ではないが、ロボットハンドも従来知られている(特許文献2の図5等参照)。ロボットハンドは、ベースリンクと、ベースリンクの一端部に回転可能に連結される入力リンク機構と、ベースリンクの他端部に連結される出力リンクと、入力リンク機構と出力リンクとを連結する中間リンクを有する。入力リンク機構は、一端部がベースリンクに回転可能に連結される第一要素と、第一要素の他端部に回転可能に一端部が連結されかつ他端部が中間リンクに回転可能に連結される第二要素を有する。入力リンク機構は、第一要素と第二要素の間の角度が変化することで、ベースリンクと中間リンクとの実質的な連結距離を変化させる。連結距離が変化することで、第一要素をベース部材に対して回転させる入力トルクと、出力リンクをベース部材に対して回転させる出力トルクとの比が変化する。これにより出力トルクを変えることができる。出力リンクには、出力リンクの中心部から延出する指先部材が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−89090号公報
【特許文献2】特開2005−90562号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、物を持上げるためのアーム装置において、所望の出力トルクを得ることができる技術は従来知られていない。そのため、アーム装置において、所望の出力トルクを得ることができる好適な構成を備えるアーム装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備えるアーム装置 であることを特徴とする。一つの特徴によると本発明は、第一アームと、第一アームの下部に回転可能に連結される関節部と関節部から延出する本体部と関節部に対して本体部の反対側に延出する作用部とを一体に備える第二アームと、作用部に回転可能に連結されかつ上方に延出するリンクと、リンクの上部に回転可能に連結される連結部と第一アームに回転可能に連結される連結部を備えかつ二つの連結部の距離を伸縮可能に連結する入力機構と、入力機構を第一アームに対して回転させることで第二アームを第一アームに対して回転させる動力源とを有する。
【発明の効果】
【0007】
したがって第二アームの作用部は、リンクと入力機構を経由して動力源から力を受ける。さらに作用部は、作用部から上方に延出するリンクの自重と、リンクに連結された入力機構の自重を受け得る。そのため動力源の力とリンクの自重と入力機構の自重によって作用部が下方へ押される。これにより第二アームは、関節部を中心に回転して本体部が上方へ移動し、本体部によって物を持上げ得る。また入力機構によるリンクと第一アームの連結距離は、入力機構によって変更され得る。連結距離が変更されることで、入力機構を第一アームに対して回転させ得る入力トルクと、第二アームを第一アームに対して回転させ得る出力トルクとの比が変化する。これにより所望の出力トルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】アーム装置の側面図である。
【図2】アーム装置の一部拡大側面図である。
【図3】アーム装置の一部拡大側面図である。
【図4】付勢部材を弾性変形させた際のアーム装置の一部拡大側面図である。
【図5】図1の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の一つの実施の形態を図1〜5にしたがって説明する。図1に示すようにアーム装置10は、産業用ロボット、サービスロボット、介護ロボット等のアームを有するロボットに設けられる装置であって、第一アーム1と第二アーム2とリンク3と入力機構4を有する。
【0010】
第一アーム1は、図1,2に示すように上下に延出しており、上部1cと中間部1bと下部1aを有する。下部1aには、第一軸部材11によって第二アーム2が回転可能に連結される。中間部1bには、入力機構4が第四軸部材14によって回転可能に連結される。上部1cには、モータ等の動力源18と、複数のギヤを備える伝達機構19が装着される。動力源18の出力は、伝達機構19を経由して第四軸部材14に伝わり、第四軸部材14が入力機構4とともに第一アーム1に対して回転する。
【0011】
なお、明細書と特許請求の範囲に記載する上下方向は、第一アーム1の上部1cを上、下部1aを下となるようにアーム装置10を設置した図1の状態における図1の上下方向を基準としている。明細書と特許請求の範囲に記載する前方向は、図1の左方向、後方向は、図1の右方向、水平方向は、図1の左右方向を基準としている。また、アーム装置10は、図1の状態で使用するのみならず、横向き、逆さ向きの他の向きで使用することも可能である。
【0012】
第二アーム2は、図1,2に示すように長尺棒状であって、関節部2aと本体部2bと作用部2cを一体に有する。関節部2aは、第一軸部材11によって第一アーム1の下部1aに回転可能に連結される。本体部2bは、関節部2aから前方に延出し、物Wを持上げるように物Wに当接され得る。作用部2cは、関節部2aから本体部2bと反対側(後方)に延出し、端部にリンク3が連結される。したがって第二アーム2は、作用部2cが下方に押されると、第一軸部材11の軸中心である第一軸11aを中心に時計回りに回転する。
【0013】
リンク3は、図1,2に示すように第一アーム1の後方において上下に延出する。リンク3の下部3aは、第二軸部材12によって第二アーム2の作用部2cに回転可能に連結される。リンク3の上部3bは、第三軸部材13によって入力機構4の第二入力部材6に回転可能に連結される。したがって、リンク3は、第二アーム2に対して第二軸部材12の軸中心である第二軸12aを中心に回転し、第二入力部材6に対して第三軸部材13の軸中心である第三軸13aを中心に回転する。
【0014】
入力機構4は、図1,2に示すように第一入力部材5と第二入力部材6と付勢部材7を有する。第一入力部材5の一端部(第一連結部5a)は、第四軸部材14によって第一アーム1に回転可能に連結される。したがって第一入力部材5は、第四軸部材14の軸中心である第四軸14aを中心に第一アーム1に対して回転する。第一入力部材5の他端部(第二連結部5b)は、第五軸部材15によって第二入力部材6に回転可能に連結される。
【0015】
第二入力部材6の一端部(第一連結部6a)は、図1,2に示すように第五軸部材15によって第一入力部材5に回転可能に連結される。したがって第二入力部材6は、第五軸部材15の軸中心である第五軸15aを中心に第一入力部材5に対して回転する。第二入力部材6は、第一入力部材5よりも後方(図右側)に位置し、他端部(第二連結部6b)が第三軸部材13によってリンク3に回転可能に連結される。
【0016】
第一入力部材5には、図1,2に示すように付勢部材7が装着される装着部材8が取付けられる。装着部材8は、筒部8aと当接部8bと蓋部8cを有する。筒部8aは、円筒状であって、内部に付勢部材7が設置される。当接部8bは、筒部8aの端部を塞ぎ、付勢部材7の一端部7aが当接される。蓋部8cは、筒部8aの開口部を覆い、取付部材16によって第一入力部材5に回転可能に取付けられる。筒部8aは、蓋部8cから第二入力部材6が位置する方向と反対方向に延出する。
【0017】
第二入力部材6には、図1,2に示すように付勢部材7を押し得る押圧部材9が取付けられる。押圧部材9は、取付部9aと軸部9bと押圧部9cを有する。取付部9aは、取付部材17によって第二入力部材6に回転可能に取付けられる。軸部9bは、取付部9aから装着部材8に向けて延出し、蓋部8cを貫通する。押圧部9cは、筒部8aの筒内において軸部9bに取付けられ、付勢部材7の一端部7bが当接される。
【0018】
付勢部材7は、図3〜5に示すように、例えば、圧縮コイルばねであって、当接部8bと押圧部9cの間に位置する。したがって付勢部材7は、第一入力部材5と第二入力部材6の劣角(角度)21を大きくする方向に付勢する。その結果、付勢部材7は、第三軸13aと第四軸14aの連結距離(直線距離)を大きくする方向に付勢する。劣角21は、第四軸14aと第五軸15aを結ぶ直線と、第三軸13aと第五軸15aを結ぶ直線の間の小さい側の角度であって、大きい側の角度(優角22)よりも上側に位置する。劣角21と優角22は、劣角21+優角22=2πの関係になっている。付勢部材7が弾性変形されていない場合は、劣角21が初期劣角21a(例えば90±20°)に保持され、連結距離20が初期距離20aに保持される。
【0019】
付勢部材7は、図3,4に示すように押圧部材9の押圧部9cが装着部材8の当接部8bに近接することで、圧縮されて弾性変形する。これにより劣角21が初期劣角21aから変形後劣角21b(例えば0±10°)に小さくなり、第三軸13aと第四軸14aと第五軸15aとが略一直線状に位置する。連結距離20は、初期距離20aから変形後距離20bに小さくなる。
【0020】
第一アーム1と第二アーム2の間には、図3,4に示すように検出器23が設けられる。検出器23は、例えば、エンコーダまたはポテンショメータであって、第一アーム1に対する第二アーム2の角度を検知して、検知信号を図示省略の制御装置に発信する。
【0021】
第二アーム2は、図2に示すように第一アーム1から垂下する垂下位置と、図3に示すように第一アーム1から略水平に延出して物Wを持上げ得る持上げ位置の間で回転する。第二アーム2を垂下位置から持上げ位置に回転させる場合は、先ず、図示省略の制御装置によって動力源18を駆動させる。動力源18を駆動させると、動力源18の出力軸が回転し、回転トルクが伝達機構19を経由して第四軸部材14に入力トルクとして伝わる。第四軸部材14は、入力トルクによって第一入力部材5とともに第一アーム1に対して時計回りに回転する。
【0022】
第一入力部材5は、図2,3に示すように回転することで第二入力部材6を時計回りに引っ張る。この時、付勢部材7はほとんど変形しないために、第二入力部材6は、第一入力部材5に対して相対角度がほとんど変わらないまま、第一入力部材5とともに時計回りに回転する。第二入力部材6は、回転することでリンク3を下方に押し、リンク3は、第二アーム2の作用部2cを下方に押す。
【0023】
第二アーム2は、図2,3に示すように関節部2aを中心に時計回りに回転し、本体部2bの端部が上方へ移動する。この時、第三軸13aと第四軸14aの連結距離20は、図4に示す変形後距離20bよりも大きい初期距離20aである。そのため連結距離20が変形後距離20bの場合に比べて、リンク3の上下速度が速く、第二アーム2の第一アーム1に対する角速度が速い。これにより第二アーム2は、短時間で物Wに対して当接し得る。
【0024】
第二アーム2が物Wに当接した際、制御装置が検出器23の検知信号に基づいて、第二アーム2が物Wに当接した際の第二アーム2の当接角度を決定する。例えば、第二アーム2の角度が所定時間変化しなかった時の角度、あるいは第二アーム2が垂下位置に向けて逆方向に回転し始めた時の第二アーム2の角度を当接角度として決定する。
【0025】
図3,4に示すように第二アーム2が物Wに当たった後も、第一入力部材5が時計回りに回転する。第一入力部材5は、第二入力部材6を引っ張り、第二入力部材6は、押圧部材9を装着部材8に向けて押す。押圧部材9の押圧部9cは、付勢部材7を装着部材8の当接部8bに向けて圧縮し、付勢部材7が弾性変形する。これにより第二入力部材6が第一入力部材5に対して反時計回りに回転し、第一入力部材5に近接する。
【0026】
付勢部材7が弾性変形すると、図3,4に示すように第三軸13aと第四軸14aの連結距離20が小さくなる。これにより入力機構4の第一アーム1に対する入力トルクと第二アーム2の第一アーム1に対する出力トルクとの比が変化し、出力トルクが大きくなる。次に、制御装置は、第二アーム2によって物Wを保持するように動力源18の出力を徐々に大きくする。例えば、制御装置は、検出器23の検知信号に基づいて、第二アーム2が当接角度よりも時計回りに回転する直前の出力に動力源18の出力を設定して保持する。
【0027】
以上のように、アーム装置10は、図1に示すように第一アーム1、第二アーム2、リンク3、入力機構4および動力源18を有する。第二アーム2は、第一アーム1の下部に回転可能に連結される関節部2aと、関節部2aから延出する本体部2bと、関節部2aに対して本体部2bの反対側に延出する作用部2cとを一体に有する。リンク3は、作用部2cに回転可能に連結されかつ上方に延出する。入力機構4は、リンク3の上部3bに回転可能に連結される第二連結部6bと、第一アーム1に回転可能に連結される第一連結部5aを備え、かつ二つの連結部5a,6bの距離を伸縮可能に連結する。動力源18は、入力機構4を第一アーム1に対して回転させることで第二アーム2を第一アーム1に対して回転させる。
【0028】
したがって第二アーム2の作用部2cは、リンク3と入力機構4を経由して動力源18から力を受ける。さらに作用部2cは、作用部2cから上方に延出するリンク3の自重と、リンク3に連結された入力機構4の自重を受け得る。そのため動力源18の力とリンク3の自重と入力機構4の自重によって作用部2cが下方へ押される。これにより第二アーム2は、関節部2aを中心に回転して本体部2bが上方へ移動し、本体部2bによって物Wを持上げ得る。また入力機構4によるリンク3と第一アーム1の連結距離20は、入力機構4によって変更され得る。連結距離20が変更されることで、入力機構4を第一アーム1に対して回転させ得る入力トルクと、第二アーム2を第一アーム1に対して回転させ得る出力トルクとの比が変化する。これにより所望の出力トルクを得ることができる。
【0029】
入力機構4は、図3,4に示すように第一アーム1に一端部が回転可能に連結される第一入力部材5と、第一入力部材5の他端部に一端部が回転可能に連結されかつ他端部がリンク3に回転可能に連結される第二入力部材6と、付勢部材7とを有する。付勢部材7は、第一入力部材5が第一アーム1から下方にかつリンク3に向けて延出し、かつ第二入力部材6が第一入力部材5から上方にかつリンク3に向けて延出する状態において第一入力部材5と第一アーム3の連結位置と第二入力部材6とリンク3の連結位置との距離(連結距離20)を大きくする方向に第二入力部材6を第一入力部材5に対して付勢する。
【0030】
したがって付勢部材7が変形する前は、連結距離20が初期距離20aであり、付勢部材7が変形した後は、連結距離20が初期距離20aよりも短い変形後距離20bになる。そのため付勢部材7が変形する前は、連結距離20が初期距離20aであって比較的長いため、リンク3の上下速度および第二アーム2の角速度が、連結距離20が変形後距離20bの場合に比べて速くなる。これにより第二アーム2は、比較的短い時間で物Wに当たり得る。
【0031】
第二アーム2が物Wに当たった後にも第一入力部材5を回転させ続けると、付勢部材7が弾性変形して連結距離20が変形後距離20bになる。これにより、入力トルクに対して出力トルクが大きくなる。その結果、第二アーム2が物Wを持上げる力が大きくなる。
【0032】
入力機構4は、図3,4に示すように第一入力部材5に回転可能に装着されかつ第二入力部材6が位置する方向と反対方向に延出する装着部材8と、第二入力部材6に回転可能に取付けられかつ装着部材8に向けて延出する押圧部材9を有する。付勢部材7は、圧縮されて弾性変形するばねであり、かつ装着部材8の端部に形成された当接部8bと、押圧部材9に形成された押圧部9cとの間に設置される。したがって装着部材8は、第一入力部材5と第二入力部材6の両部材間の狭い領域内ではない方向に延出し、該位置に付勢部材7が設置される。そのため付勢部材7を所望の付勢力を奏し得るように大きくすること等ができる。
【0033】
装着部材8は、図3,4に示すように付勢部材7が挿入される筒部8aを有し、筒部8aの一端部は、当接部8bによって塞がれる。したがって付勢部材7が筒部8aによって覆われるために、付勢部材7が筒部8aによって他の部材と干渉することが防止され得る。また付勢部材7は、筒部8aによって案内されて弾性変形され得るために、当接部8bに対して位置ずれし難く、当接部8bに対して確実に当接され得る。
【0034】
アーム装置10は、図3,4に示すように第二アーム2の第一アーム1に対する角度を検出する検出器23と、検出器23からの検知信号に基づいて動力源18を制御して入力機構4を第一アーム1に対して回転させる入力トルクの大きさを調整する制御装置を有する。したがって制御装置は、第二アーム2が物Wに当接した当接位置において入力トルクを徐々に大きくし、第二アーム2が当接位置から移動する直前における入力トルクを保持することで、物Wを保持することができる。そのため制御装置は、物Wの重量を測定することなく、第二アーム2によって物Wを保持させることができる。すなわち、トルクセンサをアーム装置10に設ける必要がない。
【0035】
(他の実施の形態)
本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、図1に示す入力機構4は、第一入力部材5と第二入力部材6と付勢部材7を有し、付勢部材7を弾性変形させることで連結距離20を変更し得る。本発明の入力機構は、第一アームに回転可能に連結される第一入力部材と、リンクに回転可能に連結される第二入力部材と、第一入力部材と第二入力部材の両入力部材の一つに軸回転可能に取付けられかつ伸縮源によって軸回転され得るねじと、両入力部材の他の一つに取付けられかつねじに螺合されてねじに沿って移動するナットを有し、ねじを軸回転させることでナットがねじに沿って移動し、これにより第一アームとリンクとの連結距離が変更され得る構成であっても良い。
【0036】
図1に示す付勢部材7は、圧縮コイルばねである。本発明の付勢部材は、巻きばねであって、第一入力部材に取付けられる一端部と、第二入力部材に取付けられる他端部を有していても良い。
【0037】
図1に示す付勢部材7は、金属ばねであるが、流体ばねまたはゴムばね等であっても良い。
【0038】
図2に示す装着部材8は、筒状の筒部8aと筒部8aの一端部を塞ぐ当接部8bを有する。本発明の装着部材は、板状の延出部と延出部の一端部に設けられた当接部を有していても良い。
【0039】
図2に示す入力機構4は、第一入力部材5に装着される装着部材8と、第二入力部材6に取付けられる押圧部材9を有する。本発明の入力機構は、第二入力部材に回転可能に装着される装着部材と、第一入力部材に回転可能に取付けらる押圧部材を有していても良い。
【0040】
アーム装置10は、図1に示す向きで使用しても良いが、横向き、逆さ向き等の他の向きで使用しても良い。
【符号の説明】
【0041】
1…第一アーム
1a…下部
2…第二アーム
2a…関節部
2b…本体部
2c…作用部
3…リンク
3b…上部
4…入力機構
5…第一入力部材
5a,6a…第一連結部
5b,6b…第二連結部
6…第二入力部材
7…付勢部材
8…装着部材
8a…筒部
8b…当接部
9…押圧部材
9c…押圧部
10…アーム装置
13a…第三軸
18…動力源
20…連結距離
21…劣角
22…優角
23…検出器
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットなどに設けられるアーム装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のアーム装置は、平行四辺形になるようにそれぞれが回転可能に連結される第一〜第四リンクと、第一リンクに対して第二リンクを回転させる駆動源を有する。動力源によって第二リンクを第一リンクに対して回転させることで、第三リンクが第一リンクに対して回転して、第三リンクが物を持上げる(特許文献1の図1等参照)。
【0003】
アーム装置ではないが、ロボットハンドも従来知られている(特許文献2の図5等参照)。ロボットハンドは、ベースリンクと、ベースリンクの一端部に回転可能に連結される入力リンク機構と、ベースリンクの他端部に連結される出力リンクと、入力リンク機構と出力リンクとを連結する中間リンクを有する。入力リンク機構は、一端部がベースリンクに回転可能に連結される第一要素と、第一要素の他端部に回転可能に一端部が連結されかつ他端部が中間リンクに回転可能に連結される第二要素を有する。入力リンク機構は、第一要素と第二要素の間の角度が変化することで、ベースリンクと中間リンクとの実質的な連結距離を変化させる。連結距離が変化することで、第一要素をベース部材に対して回転させる入力トルクと、出力リンクをベース部材に対して回転させる出力トルクとの比が変化する。これにより出力トルクを変えることができる。出力リンクには、出力リンクの中心部から延出する指先部材が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−89090号公報
【特許文献2】特開2005−90562号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、物を持上げるためのアーム装置において、所望の出力トルクを得ることができる技術は従来知られていない。そのため、アーム装置において、所望の出力トルクを得ることができる好適な構成を備えるアーム装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備えるアーム装置 であることを特徴とする。一つの特徴によると本発明は、第一アームと、第一アームの下部に回転可能に連結される関節部と関節部から延出する本体部と関節部に対して本体部の反対側に延出する作用部とを一体に備える第二アームと、作用部に回転可能に連結されかつ上方に延出するリンクと、リンクの上部に回転可能に連結される連結部と第一アームに回転可能に連結される連結部を備えかつ二つの連結部の距離を伸縮可能に連結する入力機構と、入力機構を第一アームに対して回転させることで第二アームを第一アームに対して回転させる動力源とを有する。
【発明の効果】
【0007】
したがって第二アームの作用部は、リンクと入力機構を経由して動力源から力を受ける。さらに作用部は、作用部から上方に延出するリンクの自重と、リンクに連結された入力機構の自重を受け得る。そのため動力源の力とリンクの自重と入力機構の自重によって作用部が下方へ押される。これにより第二アームは、関節部を中心に回転して本体部が上方へ移動し、本体部によって物を持上げ得る。また入力機構によるリンクと第一アームの連結距離は、入力機構によって変更され得る。連結距離が変更されることで、入力機構を第一アームに対して回転させ得る入力トルクと、第二アームを第一アームに対して回転させ得る出力トルクとの比が変化する。これにより所望の出力トルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】アーム装置の側面図である。
【図2】アーム装置の一部拡大側面図である。
【図3】アーム装置の一部拡大側面図である。
【図4】付勢部材を弾性変形させた際のアーム装置の一部拡大側面図である。
【図5】図1の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の一つの実施の形態を図1〜5にしたがって説明する。図1に示すようにアーム装置10は、産業用ロボット、サービスロボット、介護ロボット等のアームを有するロボットに設けられる装置であって、第一アーム1と第二アーム2とリンク3と入力機構4を有する。
【0010】
第一アーム1は、図1,2に示すように上下に延出しており、上部1cと中間部1bと下部1aを有する。下部1aには、第一軸部材11によって第二アーム2が回転可能に連結される。中間部1bには、入力機構4が第四軸部材14によって回転可能に連結される。上部1cには、モータ等の動力源18と、複数のギヤを備える伝達機構19が装着される。動力源18の出力は、伝達機構19を経由して第四軸部材14に伝わり、第四軸部材14が入力機構4とともに第一アーム1に対して回転する。
【0011】
なお、明細書と特許請求の範囲に記載する上下方向は、第一アーム1の上部1cを上、下部1aを下となるようにアーム装置10を設置した図1の状態における図1の上下方向を基準としている。明細書と特許請求の範囲に記載する前方向は、図1の左方向、後方向は、図1の右方向、水平方向は、図1の左右方向を基準としている。また、アーム装置10は、図1の状態で使用するのみならず、横向き、逆さ向きの他の向きで使用することも可能である。
【0012】
第二アーム2は、図1,2に示すように長尺棒状であって、関節部2aと本体部2bと作用部2cを一体に有する。関節部2aは、第一軸部材11によって第一アーム1の下部1aに回転可能に連結される。本体部2bは、関節部2aから前方に延出し、物Wを持上げるように物Wに当接され得る。作用部2cは、関節部2aから本体部2bと反対側(後方)に延出し、端部にリンク3が連結される。したがって第二アーム2は、作用部2cが下方に押されると、第一軸部材11の軸中心である第一軸11aを中心に時計回りに回転する。
【0013】
リンク3は、図1,2に示すように第一アーム1の後方において上下に延出する。リンク3の下部3aは、第二軸部材12によって第二アーム2の作用部2cに回転可能に連結される。リンク3の上部3bは、第三軸部材13によって入力機構4の第二入力部材6に回転可能に連結される。したがって、リンク3は、第二アーム2に対して第二軸部材12の軸中心である第二軸12aを中心に回転し、第二入力部材6に対して第三軸部材13の軸中心である第三軸13aを中心に回転する。
【0014】
入力機構4は、図1,2に示すように第一入力部材5と第二入力部材6と付勢部材7を有する。第一入力部材5の一端部(第一連結部5a)は、第四軸部材14によって第一アーム1に回転可能に連結される。したがって第一入力部材5は、第四軸部材14の軸中心である第四軸14aを中心に第一アーム1に対して回転する。第一入力部材5の他端部(第二連結部5b)は、第五軸部材15によって第二入力部材6に回転可能に連結される。
【0015】
第二入力部材6の一端部(第一連結部6a)は、図1,2に示すように第五軸部材15によって第一入力部材5に回転可能に連結される。したがって第二入力部材6は、第五軸部材15の軸中心である第五軸15aを中心に第一入力部材5に対して回転する。第二入力部材6は、第一入力部材5よりも後方(図右側)に位置し、他端部(第二連結部6b)が第三軸部材13によってリンク3に回転可能に連結される。
【0016】
第一入力部材5には、図1,2に示すように付勢部材7が装着される装着部材8が取付けられる。装着部材8は、筒部8aと当接部8bと蓋部8cを有する。筒部8aは、円筒状であって、内部に付勢部材7が設置される。当接部8bは、筒部8aの端部を塞ぎ、付勢部材7の一端部7aが当接される。蓋部8cは、筒部8aの開口部を覆い、取付部材16によって第一入力部材5に回転可能に取付けられる。筒部8aは、蓋部8cから第二入力部材6が位置する方向と反対方向に延出する。
【0017】
第二入力部材6には、図1,2に示すように付勢部材7を押し得る押圧部材9が取付けられる。押圧部材9は、取付部9aと軸部9bと押圧部9cを有する。取付部9aは、取付部材17によって第二入力部材6に回転可能に取付けられる。軸部9bは、取付部9aから装着部材8に向けて延出し、蓋部8cを貫通する。押圧部9cは、筒部8aの筒内において軸部9bに取付けられ、付勢部材7の一端部7bが当接される。
【0018】
付勢部材7は、図3〜5に示すように、例えば、圧縮コイルばねであって、当接部8bと押圧部9cの間に位置する。したがって付勢部材7は、第一入力部材5と第二入力部材6の劣角(角度)21を大きくする方向に付勢する。その結果、付勢部材7は、第三軸13aと第四軸14aの連結距離(直線距離)を大きくする方向に付勢する。劣角21は、第四軸14aと第五軸15aを結ぶ直線と、第三軸13aと第五軸15aを結ぶ直線の間の小さい側の角度であって、大きい側の角度(優角22)よりも上側に位置する。劣角21と優角22は、劣角21+優角22=2πの関係になっている。付勢部材7が弾性変形されていない場合は、劣角21が初期劣角21a(例えば90±20°)に保持され、連結距離20が初期距離20aに保持される。
【0019】
付勢部材7は、図3,4に示すように押圧部材9の押圧部9cが装着部材8の当接部8bに近接することで、圧縮されて弾性変形する。これにより劣角21が初期劣角21aから変形後劣角21b(例えば0±10°)に小さくなり、第三軸13aと第四軸14aと第五軸15aとが略一直線状に位置する。連結距離20は、初期距離20aから変形後距離20bに小さくなる。
【0020】
第一アーム1と第二アーム2の間には、図3,4に示すように検出器23が設けられる。検出器23は、例えば、エンコーダまたはポテンショメータであって、第一アーム1に対する第二アーム2の角度を検知して、検知信号を図示省略の制御装置に発信する。
【0021】
第二アーム2は、図2に示すように第一アーム1から垂下する垂下位置と、図3に示すように第一アーム1から略水平に延出して物Wを持上げ得る持上げ位置の間で回転する。第二アーム2を垂下位置から持上げ位置に回転させる場合は、先ず、図示省略の制御装置によって動力源18を駆動させる。動力源18を駆動させると、動力源18の出力軸が回転し、回転トルクが伝達機構19を経由して第四軸部材14に入力トルクとして伝わる。第四軸部材14は、入力トルクによって第一入力部材5とともに第一アーム1に対して時計回りに回転する。
【0022】
第一入力部材5は、図2,3に示すように回転することで第二入力部材6を時計回りに引っ張る。この時、付勢部材7はほとんど変形しないために、第二入力部材6は、第一入力部材5に対して相対角度がほとんど変わらないまま、第一入力部材5とともに時計回りに回転する。第二入力部材6は、回転することでリンク3を下方に押し、リンク3は、第二アーム2の作用部2cを下方に押す。
【0023】
第二アーム2は、図2,3に示すように関節部2aを中心に時計回りに回転し、本体部2bの端部が上方へ移動する。この時、第三軸13aと第四軸14aの連結距離20は、図4に示す変形後距離20bよりも大きい初期距離20aである。そのため連結距離20が変形後距離20bの場合に比べて、リンク3の上下速度が速く、第二アーム2の第一アーム1に対する角速度が速い。これにより第二アーム2は、短時間で物Wに対して当接し得る。
【0024】
第二アーム2が物Wに当接した際、制御装置が検出器23の検知信号に基づいて、第二アーム2が物Wに当接した際の第二アーム2の当接角度を決定する。例えば、第二アーム2の角度が所定時間変化しなかった時の角度、あるいは第二アーム2が垂下位置に向けて逆方向に回転し始めた時の第二アーム2の角度を当接角度として決定する。
【0025】
図3,4に示すように第二アーム2が物Wに当たった後も、第一入力部材5が時計回りに回転する。第一入力部材5は、第二入力部材6を引っ張り、第二入力部材6は、押圧部材9を装着部材8に向けて押す。押圧部材9の押圧部9cは、付勢部材7を装着部材8の当接部8bに向けて圧縮し、付勢部材7が弾性変形する。これにより第二入力部材6が第一入力部材5に対して反時計回りに回転し、第一入力部材5に近接する。
【0026】
付勢部材7が弾性変形すると、図3,4に示すように第三軸13aと第四軸14aの連結距離20が小さくなる。これにより入力機構4の第一アーム1に対する入力トルクと第二アーム2の第一アーム1に対する出力トルクとの比が変化し、出力トルクが大きくなる。次に、制御装置は、第二アーム2によって物Wを保持するように動力源18の出力を徐々に大きくする。例えば、制御装置は、検出器23の検知信号に基づいて、第二アーム2が当接角度よりも時計回りに回転する直前の出力に動力源18の出力を設定して保持する。
【0027】
以上のように、アーム装置10は、図1に示すように第一アーム1、第二アーム2、リンク3、入力機構4および動力源18を有する。第二アーム2は、第一アーム1の下部に回転可能に連結される関節部2aと、関節部2aから延出する本体部2bと、関節部2aに対して本体部2bの反対側に延出する作用部2cとを一体に有する。リンク3は、作用部2cに回転可能に連結されかつ上方に延出する。入力機構4は、リンク3の上部3bに回転可能に連結される第二連結部6bと、第一アーム1に回転可能に連結される第一連結部5aを備え、かつ二つの連結部5a,6bの距離を伸縮可能に連結する。動力源18は、入力機構4を第一アーム1に対して回転させることで第二アーム2を第一アーム1に対して回転させる。
【0028】
したがって第二アーム2の作用部2cは、リンク3と入力機構4を経由して動力源18から力を受ける。さらに作用部2cは、作用部2cから上方に延出するリンク3の自重と、リンク3に連結された入力機構4の自重を受け得る。そのため動力源18の力とリンク3の自重と入力機構4の自重によって作用部2cが下方へ押される。これにより第二アーム2は、関節部2aを中心に回転して本体部2bが上方へ移動し、本体部2bによって物Wを持上げ得る。また入力機構4によるリンク3と第一アーム1の連結距離20は、入力機構4によって変更され得る。連結距離20が変更されることで、入力機構4を第一アーム1に対して回転させ得る入力トルクと、第二アーム2を第一アーム1に対して回転させ得る出力トルクとの比が変化する。これにより所望の出力トルクを得ることができる。
【0029】
入力機構4は、図3,4に示すように第一アーム1に一端部が回転可能に連結される第一入力部材5と、第一入力部材5の他端部に一端部が回転可能に連結されかつ他端部がリンク3に回転可能に連結される第二入力部材6と、付勢部材7とを有する。付勢部材7は、第一入力部材5が第一アーム1から下方にかつリンク3に向けて延出し、かつ第二入力部材6が第一入力部材5から上方にかつリンク3に向けて延出する状態において第一入力部材5と第一アーム3の連結位置と第二入力部材6とリンク3の連結位置との距離(連結距離20)を大きくする方向に第二入力部材6を第一入力部材5に対して付勢する。
【0030】
したがって付勢部材7が変形する前は、連結距離20が初期距離20aであり、付勢部材7が変形した後は、連結距離20が初期距離20aよりも短い変形後距離20bになる。そのため付勢部材7が変形する前は、連結距離20が初期距離20aであって比較的長いため、リンク3の上下速度および第二アーム2の角速度が、連結距離20が変形後距離20bの場合に比べて速くなる。これにより第二アーム2は、比較的短い時間で物Wに当たり得る。
【0031】
第二アーム2が物Wに当たった後にも第一入力部材5を回転させ続けると、付勢部材7が弾性変形して連結距離20が変形後距離20bになる。これにより、入力トルクに対して出力トルクが大きくなる。その結果、第二アーム2が物Wを持上げる力が大きくなる。
【0032】
入力機構4は、図3,4に示すように第一入力部材5に回転可能に装着されかつ第二入力部材6が位置する方向と反対方向に延出する装着部材8と、第二入力部材6に回転可能に取付けられかつ装着部材8に向けて延出する押圧部材9を有する。付勢部材7は、圧縮されて弾性変形するばねであり、かつ装着部材8の端部に形成された当接部8bと、押圧部材9に形成された押圧部9cとの間に設置される。したがって装着部材8は、第一入力部材5と第二入力部材6の両部材間の狭い領域内ではない方向に延出し、該位置に付勢部材7が設置される。そのため付勢部材7を所望の付勢力を奏し得るように大きくすること等ができる。
【0033】
装着部材8は、図3,4に示すように付勢部材7が挿入される筒部8aを有し、筒部8aの一端部は、当接部8bによって塞がれる。したがって付勢部材7が筒部8aによって覆われるために、付勢部材7が筒部8aによって他の部材と干渉することが防止され得る。また付勢部材7は、筒部8aによって案内されて弾性変形され得るために、当接部8bに対して位置ずれし難く、当接部8bに対して確実に当接され得る。
【0034】
アーム装置10は、図3,4に示すように第二アーム2の第一アーム1に対する角度を検出する検出器23と、検出器23からの検知信号に基づいて動力源18を制御して入力機構4を第一アーム1に対して回転させる入力トルクの大きさを調整する制御装置を有する。したがって制御装置は、第二アーム2が物Wに当接した当接位置において入力トルクを徐々に大きくし、第二アーム2が当接位置から移動する直前における入力トルクを保持することで、物Wを保持することができる。そのため制御装置は、物Wの重量を測定することなく、第二アーム2によって物Wを保持させることができる。すなわち、トルクセンサをアーム装置10に設ける必要がない。
【0035】
(他の実施の形態)
本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、図1に示す入力機構4は、第一入力部材5と第二入力部材6と付勢部材7を有し、付勢部材7を弾性変形させることで連結距離20を変更し得る。本発明の入力機構は、第一アームに回転可能に連結される第一入力部材と、リンクに回転可能に連結される第二入力部材と、第一入力部材と第二入力部材の両入力部材の一つに軸回転可能に取付けられかつ伸縮源によって軸回転され得るねじと、両入力部材の他の一つに取付けられかつねじに螺合されてねじに沿って移動するナットを有し、ねじを軸回転させることでナットがねじに沿って移動し、これにより第一アームとリンクとの連結距離が変更され得る構成であっても良い。
【0036】
図1に示す付勢部材7は、圧縮コイルばねである。本発明の付勢部材は、巻きばねであって、第一入力部材に取付けられる一端部と、第二入力部材に取付けられる他端部を有していても良い。
【0037】
図1に示す付勢部材7は、金属ばねであるが、流体ばねまたはゴムばね等であっても良い。
【0038】
図2に示す装着部材8は、筒状の筒部8aと筒部8aの一端部を塞ぐ当接部8bを有する。本発明の装着部材は、板状の延出部と延出部の一端部に設けられた当接部を有していても良い。
【0039】
図2に示す入力機構4は、第一入力部材5に装着される装着部材8と、第二入力部材6に取付けられる押圧部材9を有する。本発明の入力機構は、第二入力部材に回転可能に装着される装着部材と、第一入力部材に回転可能に取付けらる押圧部材を有していても良い。
【0040】
アーム装置10は、図1に示す向きで使用しても良いが、横向き、逆さ向き等の他の向きで使用しても良い。
【符号の説明】
【0041】
1…第一アーム
1a…下部
2…第二アーム
2a…関節部
2b…本体部
2c…作用部
3…リンク
3b…上部
4…入力機構
5…第一入力部材
5a,6a…第一連結部
5b,6b…第二連結部
6…第二入力部材
7…付勢部材
8…装着部材
8a…筒部
8b…当接部
9…押圧部材
9c…押圧部
10…アーム装置
13a…第三軸
18…動力源
20…連結距離
21…劣角
22…優角
23…検出器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アーム装置であって、
第一アームと、前記第一アームの下部に回転可能に連結される関節部と前記関節部から延出する本体部と前記関節部に対して前記本体部の反対側に延出する作用部とを一体に備える第二アームと、前記作用部に回転可能に連結されかつ上方に延出するリンクと、前記リンクの上部に回転可能に連結される第二連結部と前記第一アームに回転可能に連結される第一連結部とを備えかつ前記二つの連結部の距離を伸縮可能に連結する入力機構と、前記入力機構を前記第一アームに対して回転させることで前記第二アームを前記第一アームに対して回転させる動力源とを有するアーム装置。
【請求項2】
請求項1に記載のアーム装置であって、
前記入力機構は、前記第一アームに一端部が回転可能に連結される第一入力部材と、前記第一入力部材の他端部に一端部が回転可能に連結されかつ他端部が前記リンクに回転可能に連結される第二入力部材と、前記第一入力部材が前記第一アームから下方にかつ前記リンクに向けて延出しかつ前記第二入力部材が前記第一入力部材から上方にかつ前記リンクに向けて延出する状態において前記第一入力部材と前記第一アームの連結位置と前記第二入力部材と前記リンクの連結位置との距離を大きくする方向に前記第二入力部材を前記第一入力部材に対して付勢する付勢部材とを有するアーム装置。
【請求項3】
請求項2に記載のアーム装置であって、
前記入力機構は、前記第一入力部材と前記第二入力部材の両入力部材の一つに回転可能に装着されかつ他の一つが位置する方向と反対方向に延出する装着部材と、前記両入力部材の他の一つに回転可能に取付けられかつ前記装着部材に向けて延出する押圧部材を有し、
前記付勢部材は、圧縮されて弾性変形するばねであり、かつ前記装着部材の端部に形成された当接部と、前記押圧部材に形成された押圧部との間に設置されるアーム装置。
【請求項4】
請求項3に記載のアーム装置であって、
前記装着部材は、前記付勢部材が挿入される筒部を有し、前記筒部の一端部は、前記当接部によって塞がれるアーム装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれかに記載のアーム装置であって、
前記第二アームの前記第一アームに対する角度を検出する検出器と、前記検出器からの検知信号に基づいて前記動力源を制御して前記入力機構を前記第一アームに対して回転させる入力トルクの大きさを調整する制御装置を有するアーム装置。
【請求項1】
アーム装置であって、
第一アームと、前記第一アームの下部に回転可能に連結される関節部と前記関節部から延出する本体部と前記関節部に対して前記本体部の反対側に延出する作用部とを一体に備える第二アームと、前記作用部に回転可能に連結されかつ上方に延出するリンクと、前記リンクの上部に回転可能に連結される第二連結部と前記第一アームに回転可能に連結される第一連結部とを備えかつ前記二つの連結部の距離を伸縮可能に連結する入力機構と、前記入力機構を前記第一アームに対して回転させることで前記第二アームを前記第一アームに対して回転させる動力源とを有するアーム装置。
【請求項2】
請求項1に記載のアーム装置であって、
前記入力機構は、前記第一アームに一端部が回転可能に連結される第一入力部材と、前記第一入力部材の他端部に一端部が回転可能に連結されかつ他端部が前記リンクに回転可能に連結される第二入力部材と、前記第一入力部材が前記第一アームから下方にかつ前記リンクに向けて延出しかつ前記第二入力部材が前記第一入力部材から上方にかつ前記リンクに向けて延出する状態において前記第一入力部材と前記第一アームの連結位置と前記第二入力部材と前記リンクの連結位置との距離を大きくする方向に前記第二入力部材を前記第一入力部材に対して付勢する付勢部材とを有するアーム装置。
【請求項3】
請求項2に記載のアーム装置であって、
前記入力機構は、前記第一入力部材と前記第二入力部材の両入力部材の一つに回転可能に装着されかつ他の一つが位置する方向と反対方向に延出する装着部材と、前記両入力部材の他の一つに回転可能に取付けられかつ前記装着部材に向けて延出する押圧部材を有し、
前記付勢部材は、圧縮されて弾性変形するばねであり、かつ前記装着部材の端部に形成された当接部と、前記押圧部材に形成された押圧部との間に設置されるアーム装置。
【請求項4】
請求項3に記載のアーム装置であって、
前記装着部材は、前記付勢部材が挿入される筒部を有し、前記筒部の一端部は、前記当接部によって塞がれるアーム装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれかに記載のアーム装置であって、
前記第二アームの前記第一アームに対する角度を検出する検出器と、前記検出器からの検知信号に基づいて前記動力源を制御して前記入力機構を前記第一アームに対して回転させる入力トルクの大きさを調整する制御装置を有するアーム装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【公開番号】特開2011−218475(P2011−218475A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−89304(P2010−89304)
【出願日】平成22年4月8日(2010.4.8)
【出願人】(000003218)株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年4月8日(2010.4.8)
【出願人】(000003218)株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Fターム(参考)】
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