自动机械的关节结构的利记博彩app

专利名称：自动机械的关节结构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及自动机械的关节结构，特别涉及能够把可动范围设定得 较大的自动机械的关节结构。
背景技术：
以往，作为例如仿人自动机械的手腕关节结构，己经公知有为了进 行纵向摆动动作和横向摆动动作而使用电动机和进给丝杆机构等结构。例如，日本特开2003-170381号公报(0005 0007段落，图1)中所记载 的仿人自动机械的手腕关节结构，通过进给丝杆，把电动机的旋转运动 转换成直线运动，并且借助于万向联轴器，把进行该直线运动的移动组 件连接于手部，从而能够进行手腕的纵向摆动动作或横向摆动动作。这样，作为确保纵轴和横轴的2自由度转动运动的连接机构，已经 公知有把两个轴配置成十字形的万向架机构或万向联轴器。然而，如同日本特开2003-170381号公报中所记载的那样，在借助 于进给丝杆机构进行的纵向摆动动作和横向摆动动作中，如果要确保大 范围的动作角度，螺纹的进给行程变长，从而臂自身也变长，设计方面 将受到限制，而且由于臂的惯性矩变大，因此存在着电动机所承受的负 载增大的问题。并且由于利用进给丝杆来承受负荷，所以作为自动机械 的关节结构，在耐负荷方面性能也不稳定。如果要把动作角度范围设定得较大，必然关节部的连接件自身的转 动角度增大，因此还存在以下问题关节部的连接件或与连接件连动地 转动的盖罩等，与电动机等的内置物相干扰，妨碍关节部的动作。另一方面，在使用万向架机构的情况下，纵向摆动方向的连接件和 横向摆动方向的连接件相互干扰，可动范围受到限制，从而必须加大万 向架连接件自身，因此并不一定适于作为自动机械连接件的关节结构
发明内容
为了应对上述现有技术中所存在的问题，本发明人进行了研究开发， 并研究出了本发明。即本发明的第一方面是，提供一种在确保较大的关 节可动角度且紧凑的自动机械的关节结构。更具体地讲，本发明第一方面的自动机械的关节结构为，使结合于 在自动机械关节中所用的自动机械连接件上的结合体，借助于驱动机构 而相对于上述自动机械连接件进行纵向摆动动作和横向摆动动作，其特 征在于，该自动机械的关节结构具有以下部件基础连接件，其形成有 对置部并构成上述自动机械连接件的基体；万向架连接件，其具有相互 不平行的第一转轴和第二转轴，以构成上述结合体的纵向摆动动作和横向摆动动作，而且上述第一转轴支撑在上述对置部之间；主连接件，其一端连接在该万向架连接件的上述第二转轴上，另一端连接在上述结合体上；以及副连接件，其一端连接在上述万向架连接件上而另一端连接 在上述结合体上，以便与上述主连接件交叉而构成4节连接机构。这里的"结合体"指的是通过关节而与自动机械的连接件结合的如 手或前臂那样的结合部件，除了与连接件结合的末端部件以外，还包括 像连接件那样的中间部件。并且所谓"不平行的两根轴"是指两根轴在 同一平面上交叉的情况，以及即使两个轴不在同一平面上，但在俯视时 两个轴能够交叉的情况。根据上述结构，自动机械连接件和万向架连接件由第一转轴可自由 转动地连接起来，万向架连接件和结合体由第二转轴可自由转动地连接 起来，第一转轴和第二转轴设置成不平行，因此通过把绕第一转轴的转 动动作和绕第二转轴的转动动作组合起来，就能够使结合体相对于自动 机械连接件，自由地进行纵向摆动动作和横向摆动动作。并且，在绕第二转轴的转动方向上，利用主连接件和副连接件交叉 而成的4节连接机构，把万向架连接件和结合体连接起来，从而结合体 伴随着结合体的转动动作而相对于上述转动方向进一步倾斜地进行动作。
艮P，在绕第二转轴的转动方向上，相对于主连接件的转动角度，结 合体的转动角度(倾斜角度)变大，主连接件稍微转动，结合体就会较 大地转动(倾斜)。因此把主连接件的转动角度抑制在最小限度，以防止主连接件在转 动时与内置物相干扰，从而能够确保结合体的较大的转动角度，同时能 够实现紧凑的自动机械的关节结构。并且由于结合体一边转动一边在转 动方向上被增速，并进一步倾斜地进行动作，因此关节能够进行快速的 旋转，能够提高关节的灵敏度。上述本发明的自动机械的关节结构中能够构成为，上述第一转轴是 作为上述结合体的横向摆动动作的转轴的纵轴，上述第二转轴是作为沿 着与上述纵轴正交的方向设置的上述结合体的纵向摆动动作的转轴的横 轴。根据上述结构，通过把作为第一转轴的纵轴和作为第二转轴的横轴 设置在正交的方向上，能够把绕纵轴的转动动作和绕横轴的转动动作平 衡良好地组合起来，并且也容易控制转动动作。上述本发明的自动机械的关节结构中能够构成为，上述自动机械为 仿人自动机械，上述自动机械连接件是上述仿人自动机械的从肘到手腕 的前臂连接件，上述结合体是从手腕到指尖的手，把该手掌和手背的朝 向作为上述纵向摆动动作的转动方向。根据上述结构，通过把手掌和手背的朝向作为上述纵向摆动动作的 转动方向，从而能够扩大纵向摆动动作的转动角度。由于人也是纵向摆 动方向的可动角度比横向摆动方向的可动角度大，因此能够实现更接近 人的手腕的动作。并且在纵向摆动方向上，由于手的转动角度比主连接件的转动角度 大，因此只要主连接件稍微转动，手就会转动较大，因此能够防止主连 接件与伴随转动的内置物相干扰，从而在确保结合体的转动角度的同时， 能够实现紧凑的手腕的关节结构。上述本发明的上述主连接件的连接长度，比上述副连接件的连接长 度长，上述手以如下方式结合在上述前臂连接件上上述主连接件固定 在上述手上的一侧是上述手掌之侧，上述副连接件固定在上述手上的一 侧是上述手背之侧。根据上述结构，通过设置主连接件和副连接件的连接长度之差，防 止两个连接件在转动时相干扰，确保可动范围。并且与朝向手背侧的转 动方向相比，朝向手掌侧的转动方向上的手转动角度更大，因此能够使 得手快速转动，能够实现紧凑且更接近人手腕的动作。上述本发明的上述主连接件设置成，以上述纵轴为中心并跨该纵轴 的两侧，在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接件向纵向 摆动方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，上述第一杆在偏离上 述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中心在一方侧上的偏离上述纵轴的 位置处连接在上述主连接件上，上述第二杆在偏离上述横轴的位置处而 且在以上述纵轴为中心在另一方侧上的偏离上述纵轴的位置处连接在上 述主连接件上。此外，上述本发明的上述主连接件设置成，以上述横轴为中心并跨 该横轴的两侧，在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接件 向纵向摆动方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，上述第一杆在 偏离上述纵轴的位置处而且在以上述横轴为中心在一方侧上的偏离上述 横轴的位置处连接在上述主连接件上，上述第二杆在偏离上述纵轴的位 置处而且在以上述横轴为中心在另一方侧上的偏离上述横轴的位置处连 接在上述主连接件上。根据上述结构，第一杆和第二杆分别在与纵轴和横轴错开的位置处 通过万向接头连接在主连接件上，因此通过使第一杆和第二杆分别前进 或后退，就能够使上述主连接件绕纵轴和横轴转动。并且，通过把第一杆和第二杆连接在主连接件上，使两个杆协同工 作地前进或后退，从而进行纵向摆动动作和横向摆动动作，因此能够进 行平衡度良好且顺畅的动作。在上述本发明中优选为，将上述第一杆与上述主连接件相连接的第 一连接点和上述第二杆与上述主连接件相连接的第二连接点连起来的方 向，与上述纵轴或横轴相互平行，并且，上述第一连接点和第二连接点，
分别位于距上述纵轴和横轴相等距离的位置处。根据这样的结构，第一杆和第二杆彼此与纵轴或横轴相平行，而且 第一连接点和第二连接点分别位于离纵轴和横轴相同距离的位置，因此 通过使第一杆和第二杆前进或后退相同距离，或者使其一方前进而使其 另一方后退相等距离，就能够使主连接件绕纵轴或横轴转动。从而，通过使第一杆和第二杆连动并同步，从而能够进行纵向摆动 方向和横向摆动方向的动作，因此容易控制，而且能够确保顺畅的动作。在上述本发明中，上述万向架连接件设置成，作为上述纵轴的纵轴 部和作为上述横轴的横轴部呈十字形配置，在该十字形的中央部具有幵 设了通孔的环形部，在该环形部外侧突出设有上述纵轴部以及横轴部。根据这样的结构，通过把通孔设置在万向架连接件的中央部，能够 使导线或液压、气压配管等通过自动机械连接件的中央部。因此即使在 使自动机械的关节转动的情况下也不妨碍导线等的动作，因此能够确保 关节的较大的可动角度。并且由于能够防止过大的负荷作用于导线，因 此还能够避免导线可能发生断线的情况。在本发明中构成为，上述第一杆经由万向接头而连接在包含于上述 驱动机构中的第一电动机上，上述第二杆经由万向接头而连接在包含于 上述驱动机构中的第二电动机上。根据这样的结构，通过使两个电动机分别协同工作，进行纵向摆动 动作和横向摆动动作，因此能够实现电动机的小型化，实现自动机械连 接件的紧凑化。并且通过使用万向接头，能够发挥调芯功能，顺畅地把 直线运动转换为旋转运动。特别是，本发明的仿人自动机械的手腕关节具有这样的结构该仿 人自动机械的手腕关节结构使结合于仿人自动机械的从肘到手腕的前臂 连接件上的从手腕到指尖的手，借助于驱动机构而相对于上述前臂连接 件进行纵向摆动动作和横向摆动动作，其特征在于，仿人自动机械的手 腕关节结构具有以下部件基础连接件，其形成有对置部并作为上述前 臂连接件的基体；万向架连接件，其具有作为上述手的横向摆动动作的 转轴的纵轴和作为上述手的纵向摆动动作的转轴的横轴，上述纵轴支撑
在上述对置部上并在上述横向摆动动作的方向上转动；主连接件，其一端连接在该万向架连接件的横轴上而另一端连接在上述手上，主连接件绕上述横轴在上述纵向摆动动作的方向上转动；副连接件，其一端连接 在上述万向架连接件上而另一端连接在上述手上，以便与上述主连接件 交叉而构成4节连接机构，上述主连接件设置成，以上述纵轴为中心并 跨该纵轴的两侧，在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接 件向纵向摆动方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，对于上述第 一杆，在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中心在一方侧上的 偏离上述纵轴的位置处，其一端连接在上述主连接件上，其另一端经由 万向接头连接在包含于上述驱动机构中的第一电动机上，对于上述第二 杆，在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中心在另一方侧上的 偏离上述纵轴的位置处，其一端连接在上述主连接件上，其另一端经由 万向接头连接在包含于上述驱动机构中的第二电动机上，将上述第一杆 与上述主连接件相连接的第一连接点和上述第二杆与上述主连接件相连 接的第二连接点连起来的方向，与上述纵轴或横轴相互平行，并且上述 第一连接点和第二连接点分别位于距上述纵轴和横轴相等距离的位置 处，并且上述手以如下方式结合在上述前臂连接件上在手相对于上述前臂连接件而成为伸直状态的位置处，上述手的手掌面与由上述第一杆 和第二杆形成的面大致平行。根据这样的结构，把上述手以上述手掌面与由上述第一杆和第二杆 所形成的面大致平行的方式结合在上述前臂连接件上，从而使得各个杆 的移动量和手之间的位置关系容易对应，而且控制动作变得容易。


图1为表示本发明的实施方式的自动机械的关节结构的整体结构的 立体图。图2为图1的主要部分的分解立体图。图3为用于说明本发明的实施方式的自动机械的关节结构的连接关 系的分解立体图。 图4为用于说明从上方看到本发明实施方式的自动机械的关节结构 的横向摆动机构的图1的部分放大立体图。图5为用于说明本发明的实施方式的4节连接机构的纵向摆动动作 的侧视图，图5(a)表示手向手背侧转动的状态，图5(b)表示手相对于前臂 连接件伸直的状态，图5 (c)表示手向手掌侧转动的状态。图6表示图5的手转动90度的状态的侧视图，图6(a)表示手向手背 侧转动的状态，图6 (b)表示手向手掌侧转动的状态。图7为用于说明本发明实施方式的4节连接机构的横向摆动动作的 俯视图，图7(a)表示手向图7中的逆时针方向转动的状态，图7(b)表示手 相对于前臂连接件伸直的状态，图7 (c)表示手向图7中的顺时针方向 转动的状态。
具体实施方式
参照适当的附图，详细说明本发明的实施方式。另外，在本实施方式中是以仿人自动机械的手腕关节结构为例来说 明本发明的自动机械的关节结构，然而并不限定于此，也可以是仿人自 动机械的脚踝关节，也可以是工业用自动机械的连接件的结合部等。如图1所示，本发明的实施方式的仿人自动机械的手腕关节的结构 具有作为自动机械连接件的前臂连接件2;连接在前臂连接件2上的手 腕关节部3;作为连接在手腕关节部3上的结合体的手8;以及使手8进 行纵向摆动和横向摆动动作的驱动机构9。具体而言，如图2所示，万向架连接件4的纵轴部41构成为其支 撑在形成于前臂连接件2的对置部21a、 21a上，朝横向摆动方向自由转 动。并且，在万向架连接件4的横轴部42上连接有主连接件5，而且在 万向架连接件4的副轴部45上连接有副连接件6，主连接件5和副连接 件6构成为向纵向摆动方向自由转动。通过这样的结构，与主连接件5 和副连接件6结合的手8向纵向摆动方向和横向摆动方向自由转动(一 并参照图3)。前臂连接件2具有作为前臂连接件2基体的基础连接件21，和安装
在基础连接件21上的驱动机构9。在基础连接件21上形成有一对对置部 21a、 21a，万向架连接件4的纵轴部41可自由转动地支撑在该一对对置 部21a、 21a上。另外，在本实施方式中，由于对手腕关节结构动作的结构进行说明， 因此省略除此之外的结构要素的图示，即省略了控制机构、传感器、导 线等的图示。驱动机构9的结构具有以下部分作为驱动源的第一电动机91和第 二电动机92;通过未图示的传动带而连接在第一电动机91和第二电动机 92上的谐波减速机93、 94;连接在谐波减速机93、 94的输出轴上的输 出臂95、 96;第一杆71和第二杆72，它们的一端通过具有调芯功能的 万向接头即球形接头95a、 96a而连接在输出臂95、 96上，它们的另一 端通过万向接头即万向联轴器(universal joint) 71a、 72a而连接在主连 接件5上。另外，在本实施方式中，是借助于电动机进行旋转驱动，但是并不 限定于此，也可以是使用液压缸或滚珠丝杠进行直线驱动。如图3所示，手腕关节部3具有以下部分枢轴支撑在前臂连接件 2的对置部21a、 21a上的万向架连接件4;连接在万向架连接件4的横 轴部42上的主连接件5;以及与主连接件5交叉设置的副连接件6。万向架连接件4具有位于中央的矩形的环形部44，和从环形部44 的各个边突出并配置成十字形的纵轴部41和横轴部42。环形部44形成具有通孔43的矩形的环状，并设置在万向架连接件 4的中央部。而且，在环形部44的各个边相对置的位置上，从环形部44 向外侧分别突出设有纵轴部41和横轴部42。万向架连接件4的纵轴部41是作为手8进行横向摆动动作的转轴的 纵轴4a，万向架连接件4的横轴部42起到作为纵向摆动动作的转轴的横 轴4b的作用。并且构成为，纵轴部41的两端自由转动地支撑在基础连 接件21的对置部21a、 21a上，万向架连接件4能够向横向摆动动作的 方向转动。并且，通过在万向架连接件4的中央部设置通孔43，从而能够使导 线或液压、气压配管等通过该通孔43。因此即使在使万向架连接件4转动的情况下，也不容易妨碍导线等的动作，从而能够确保关节的较大的 可动角度。并且由于能防止过大的负荷作用于导线等，因此能够避免导 线等可能发生断线的情况。另外，在万向架连接件4的纵轴部41上，与横轴部42平行地设有 副轴部45。而且，在副轴部45上，在纵向摆动动作的转动方向上转动自 如地连接有副连接件6。另外，在本实施方式中，万向架连接件4构成为其中央部被贯穿的 十字形，但是并不限定于此，只要是具备作为横向摆动动作的转轴的纵 轴4a和作为纵向摆动动作转轴的横轴4b的结构即可，没有特别限定形 状，也可以是圆盘状。如图3所示，主连接件5构成为使相对配置的一对侧视时呈三角形 的主连接件主体部51a、 51b通过结合部52、 53而结合为一体的、俯视 时中央部被贯穿得较大的矩形框体。而且，在该框体形状的主连接件5 的内侧，后述副连接件6连接配置在万向架连接件4的副轴部45上。借 助于这样的结构，在横轴4b的方向上，主连接件5确保支撑手8的跨距， 从而把副连接件6平衡良好地容纳于内侧，同时稳定地保持与主连接件5 连接的手8。在主连接件主体部51a、 51b的三角形的一个边上，形成有构成4节 连接机构1的第一节5a和第二节5b (参照图4)。第一节5a是主连接件 5的一端与万向架连接件4的横轴部42相连接的连接部，第二节5b是主 连接件5的另一端与形成于手8的构架81上的主连接件连接孔8a相连 接的连接部。并且连接该第一节5a与第二节5b的长度为主连接件5的 连接长度入！(参照图4)。另一方面，在主连接件主体部51a、 51b的三角形的其他边上，借助 于具有调芯功能的万向接头即万向联轴器71a、 72a，分别连接有第一杆 71和第二杆72。并且，第一杆71在主连接件主体部51a上的连接位置 是第一连接点7a (安装有万向联轴器71a的位置)，第二杆72在主连接 件主体部51b上的连接位置是第二连接点7b (安装有万向联轴器72a的
位置)。第一连接点7a和第二连接点7b配置成，分别距万向架连接件4的 横轴4b和纵轴4a相等距离，而且将第一连接点7a和第二连接点7b连 起来的方向与横轴4b平行。借助于这样的结构，通过使第一杆71和第二杆72分别只前进或后 退相同距离，就能够使主连接件5向纵向摆动方向(一并参照图5)转动。 并且通过使第一杆71或第二杆72当中的一方前进或后退，而使另一方 后退或前进，就能够使主连接件5向横向摆动方向(一并参照图7)转动。另外，在本实施方式中，所谓的第一杆71或第二杆72的"前进"， 是指从第一杆71或第二杆72来看，朝靠近手8的方向前进，所谓"后 退"是指朝远离手8的方向前进。副连接件6是通过用结合部62把对置的一对副连接件主体部61、 61结合成一体而构成的，并且该副连接件6容纳于主连接件5的内侧， 主连接件5由相对配置的主连接件主体部51a、 51b和结合部52、 53形 成为矩形的框体。借助于这样的结构，在横轴4b的方向上，副连接件6利用结合部 62把对置的两个副连接件主体部61、 61结合成一体，确保跨距，从而确 保刚性，防止发生松动，以便能够稳定地保持连接在副连接件6上的手8。并且，副连接件6的一端，转动自如地连接在万向架连接件4的副 轴部45上，构成4节连接机构1的第三节6a (参照图4)，副连接件6 的另一端转动自如地连接在手8上，构成4节连接机构1的第四节6b(参 照图4)。并且连接该第三节6a和第四节6b的长度成为副连接件6的连 接长度入2 (参照图4)。如图2所示，手8具有作为基体的框架81，在该框架81上设有 转动自如地与主连接件5的第二节5b、5b连接的一对主连接件连接孔8a、 8a;和转动自如地与副连接件6的第四节6b连接的一对副连接件连接孔 8b、 8b。在此，参照图4，说明由主连接件5和副连接件6构成的4节连接 机构1。图4为用于说明本发明的实施方式的自动机械的关节结构的4节
连接机构的侧视图。如图4所示，4节连接机构1构成为，其具有把万向架连接件4和 手8连接起来的主连接件5和与主连接件5交叉设置的副连接件6，并设 有从第一节到第四节(5a、 5b、 6a、 6b)的连接部。艮口，第一节5a是主连接件5和万向架连接件4的连接部，而且成为 主连接件5向纵向摆动方向转动的转轴。第二节5b是手8的框架81的 手掌侧与主连接件5相连接的连接部。并且，第三节6a是副连接件6和 万向架连接件4相连接的连接部，并成为副连接件6向纵向摆动方向转 动的转轴。第四节6b是手8的框架81的手背侧与副连接件6相连接的 连接部。具体而言，主连接件5的一端借助于第一节5a而与万向架连接件4 的横轴部42连接，而主连接件5的另一端借助于第二节5b而与手8的 框架81上的主连接件连接孔8a连接(参照图3)。另一方面，副连接件6的一端借助于第三节6a而与万向架连接件4 的副轴部45连接，而副连接件6的另一端借助于第四节6b而与手8的 框架81上的副连接件连接孔8b (参照图3)连接。因此副连接件6以将 副连接件6的第三节6a和第四节6b连起来的线与将主连接件5的第一 节5a和第二节5b连起来的线交叉的方式连接在手8上。并且，在本实施方式中，在手8的框架81上，第二节5b连接在手 掌侧，第四节6b连接在手背侧。因此手8的转动角度(倾斜角度)由第 二节5b和第四节6b的位置关系确定。并且主连接件5的连接长度入，构成为比副连接件6的连接长度入2 长。这样，之所以使主连接件5的连接长度入i比副连接件6的连接长度 入2长，是为了确保进一步扩大主连接件5和副连接件6转动时的转动范 围。如图4所示，在主连接件5上，借助于具有调芯功能的万向联轴器 71a、 72a，分别连接有第一杆71和第二杆72 (—并参照图2)。该第一 杆71与主连接件主体部51a相连接的位置为第一连接点7a，第二杆72 与主连接件主体部51b相连接的位置为第二连接点7b。
并且第一连接点7a和第二连接点7b配置成，分别距万向架连接件4 的横轴4b和纵轴4a相等距离，并且将第一连接点7a和第二连接点7b 连起来的方向与横轴4b平行。因此，例如在图2中，如果使第一杆71前进，则作用有使手8绕横 轴4b向手背侧转动的力矩，而且作用有使手8绕纵轴4a向顺时针方向 转动的力矩(参照图6 (c))。另一方面，如果使第二杆72前进，则作用 有使手8绕横轴4b向手背侧转动的力矩，而且作用有使手8绕纵轴4a 向逆时针方向转动的力矩(参照图6 (a))。从而，通过使第一杆71和第二杆72分别前进相同距离，就能够使 主连接件5向纵向摆动方向的手背侧转动。并且，通过使第一杆71和第 二杆72分别后退相同距离，就能够使主连接件5向纵向摆动方向的手掌 侧转动。另一方面，通过使第一杆71前进，使第二杆72后退，就能够使主 连接件5向横向摆动方向的顺时针方向转动(参照图6 (c))。并且，通 过使第一杆71后退，使第二杆72前进，就能够使主连接件5向横向摆 动方向的逆时针方向转动(参照图6 (a))。这样，通过使第一杆71和第二杆72分别前进或后退，来进行纵向 摆动动作和横向摆动动作，第一杆71第二杆72分别通过第一电动机91 和第二电动机92而工作。从而通过使两个电动机分别协同工作，来进行 纵向摆动动作和横向摆动动作，从而能够实现电动机的小型化，实现自 动机械的关节结构的紧凑化。并且通过使第一杆71和第二杆72连动并 同步，就能够进行纵向摆动方向和横向摆动方向的动作，从而容易控制， 而且能够确保动作顺畅。接着，参照图5到图7，对本发明的实施方式的仿人自动机械的前 臂关节结构的动作进行说明，主要说明4节连接机构1的作用。图5是 用于说明本发明的实施方式的4节连接机构1的纵向摆动动作的侧视图， 图5 (a)是表示手向手背侧转动后的状态的侧视图，图5 (b)是表示手 相对于前臂连接件伸直状态的侧视图，图5 (c)是表示手向手掌侧转动 的状态的侧视图。并且图6是表示图5中的手转动了 90度的状态的侧视
图，图6 (a)是表示手向手背侧转动后的状态，图6 (b)是手向手掌侧 转动后的状态。首先，参照图5，说明纵向摆动动作。这里，如果假设将第一节5a和第三节6a连起来的线为基线L!，将 第一节5a和第二节5b连起来的线为主连接线L2，将第三节6a和第四节 6b连起来的线为副连接线L3，手的中心轴线为L4，则在图5 (b)所示的 手8相对于前臂连接件2伸直的状态下，主连接线L2相对于万向架连接 件4 (参照图2)的纵轴4a所成的角度为eo。并且在图5 (a)、 (b)、 (c)中，第一节5a和第三节6a连接在万向 架连接件4 (参照图2)上，因此将第一节5a和第三节6a连起来的基线 "，不会相对于纵向摆动方向(参照图1)转动，其位置关系在各个图中 是一定的。在图5 (b)所示的手8相对于前臂连接件2伸直的状态下，如果使 第一杆71和第二杆72前进相等距离，以使主连接件5绕第一节5a向手 背方向(逆时针方向)只转动e，则主连接件5的第二节5b也向手背方 向转动。伴随着该转动，副连接件6的第四节6b也以第三节6a为中心 向手背方向转动。这时，在图5 (b)上，主连接件5的第二节5b向上方移动，副连 接件6的第四节6b转动而向下方移动，从而手的倾斜角度变大。结果， 如图5 (a)所示，手8的转动速度加快，向手背方向转动大于e的角度 h。艮口，在纵向摆动动作的转动方向上，相对于主连接件5的转动角度 e，手8的转动角度9i变大，只要主连接件5转动一点，手8就较大地倾斜。因此把主连接件5的转动角度控制在最小限度，防止主连接件5在 转动时与内置物相干扰，从而在确保手8较大的转动角度的同时，还能 够实现紧凑的手腕关节结构。并且由于手8 —边转动一边在转动方向上 被增速，手8以进一步倾斜的方式进行动作，因此手8的转动能够快速 进行，既能够提高灵敏度又能够确保可动范围，并且能够实现紧凑的手 腕关节结构。例如，如图6所示，使手8转动90度直到人的手腕能转动角度为止， 即使在该状态下，当手向手背侧转动时e为46度(图6 (a))，当手向手 掌侧转动时6为32度(图6 (b))，主连接件5的转动角度变小。另外， 上述手8的转动角度与主连接件5的转动角度之间的关系，只表示了一 个示例，根据使用自动机械连接件的场合可以适当地改变。同样，在图5 (b)所示的手8相对于前臂连接件2伸直的状态下， 使第一杆71和第二杆72后退，以使主连接件5绕第一节5a向手掌方向 (在纸面上，向右旋转)转动9 ，则如图5 (c)所示，手8被增速，并且向手背方向转动大于e的角度e 2。然而，这时由于主连接件5的连接长度A i构成为比副连接件6的连接长度入2长，因此02大于ei (参照图4)。其次，参照图6，说明横向摆动动作。图7是用于说明本发明实施方式的4节连接机构的横向摆动动作的 俯视图，图7 (a)表示手向该图中的逆时针方向转动的状态，图7 (b) 表示手相对于前臂连接件伸直的状态，图7 (c)表示手向该图中的顺时 针方向转动的状态。这里，在图7 (b)所示的手8相对于前臂连接件2伸直的状态下， 手8的中心轴线L4与万向架连接件4 (参照图2)的横轴4b正交。在图7 (b)所示的手8相对于前臂连接件2伸直的状态下，使第一 杆71后退，使第二杆72前进相同的量，使主连接件5绕万向架连接件4 的纵轴4a沿该图中的逆时针方向转动9，则如图7(a)所示，手8也向相同方向转动e 。同样，在图7 (b)所示的手8相对于前臂连接件2伸直的状态下， 使第一杆71前进，并使第二杆72后退相同的量，使主连接件5绕万向 架连接件4的纵轴4a沿该图中的顺时针方向转动0 ，则如图7 (c)所示， 手8也向相同方向转动e转动角度e 。此时，在横向摆动动作中，如图7(c)所示的转动角e与图7 (a)所示的转动角e角度相等。接着，参照图4和图5，说明纵向摆动动作和横向摆动动作的组合。
如上所述，通过使第一杆71和第二杆72前进或后退相等距离，能 够使手8进行纵向摆动动作(参照图4)，并且通过使第一杆71前进或后 退而使第二杆72只退或前进相等量，就能够进行横向摆动动作(参照图 5)。因此通过手8的纵向摆动动作和横向摆动动作的组合，能够使手8 相对于纵轴4a和横轴4b向倾斜的方向活动，或自由地沿着圆形轨迹移 动。以上说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方 式，在实施本实施方式时，能够适当地变更。例如，在本实施方式中，作为第一转轴的纵轴和作为第二转轴的横 轴是沿着正交方向设置的，但是只要在俯视时第一转轴(纵轴)和第二 转轴(横轴)在交叉的方向上，则通过适当调整第一杆71和第二杆72 的移动量，就能够进行手8的纵向摆动动作和横向摆动动作。并且，通 过组合手8的纵向摆动动作和横向摆动动作，能够使手8相对于纵轴4a 和横轴4b向倾斜的方向活动，或自由地沿着圆形轨迹移动。在本实施方式中，在纵向摆动动作的方向上构成了 4节连接机构1， 但并不限定于此，还可以在横向摆动动作的方向上构成4节连接机构1。并且在本实施方式中，在上述主连接件5上，第一杆71和第二杆 72分别在与横轴4b错开的位置处与横轴4b平行，并以纵轴4a为中心连 接在一侧和另一侧上。但是并不限定于此，第一杆71和第二杆72还可 以构成为分别在与纵轴4a错开的位置处与纵轴4a平行，并且以横轴 4b为中心连接在一侧和另一侧上。具体而言，在图3中，在本实施方式中，第一杆71和第二杆72中 间夹着纵轴4a而分别连接在两侧的主连接件主体部51a、 51b上，但是 第一杆71和第二杆72也可以夹着一方的主连接件主体部51a(或者另一 方的主连接件主体部51b)中的横轴4b，分别连接在结合部52侧和结合 部53侧这两侧。并且根据改变这种第一杆71和第二杆72的配置，也能 够改变驱动机构9的第一电动机91和第二电动机92等的配置。借助于这样的结构，通过使第一杆71和第二杆72分别前进或后退 相同距离，能够使主连接件5向横向摆动方向(参照图7)转动。并且通 过使第一杆71或第二杆72中的一方前进或后退，而使另一方后退或前 进，就能够使主连接件5向纵向摆动方向(参照图5)转动。并且在本实施方式中，第一杆71和第二杆72与主连接件5相连接 的连接部，使用的是以2自由度构成的万向联轴器71a、 72a，第一杆71 和第二杆72与输出臂95、 96相连接的连接部，使用的是以3自由度构 成的万向连轴器95a、 96a，但是并不限定于此，也可以把两者调换过来， 即主连接件5侧的连接部为球形接头，而输出臂95、 96侧的连接部为万 向联轴器。之所以把任意一方连接部使用球形接头，是因为进行转动动 作过程中，扭转方向的力作用于第一杆71和第二杆72。因此如果主连接件5侧的连接部和输出臂95、 96侧的连接部都是万 向联轴器，则另外需要消除扭力的部件。另一方面，如果主连接件5侧 的连接部和输出臂95、 96侧的连接部都是万向连轴器，则另外需要不让 第一杆71和第二杆72随意转动的约束装置。
权利要求
1. 一种自动机械的关节结构，该自动机械的关节结构使结合于在自动机械关节中所用的自动机械连接件上的结合体，借助于驱动机构而相对于上述自动机械连接件进行纵向摆动动作和横向摆动动作，其特征在于，该自动机械的关节结构具有以下部件基础连接件，其形成有对置部并构成上述自动机械连接件的基体；万向架连接件，其具有相互不平行的第一转轴和第二转轴，以构成上述结合体的纵向摆动动作和横向摆动动作，而且上述第一转轴支撑在上述对置部之间；主连接件，其一端连接在该万向架连接件的上述第二转轴上，另一端连接在上述结合体上；以及副连接件，其一端连接在上述万向架连接件上而另一端连接在上述结合体上，以便与上述主连接件交叉而构成4节连接机构。
2. 根据权利要求l所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述第一转轴是作为上述结合体的横向摆动动作的转轴的纵轴， 上述第二转轴是作为沿着与上述纵轴正交的方向设置的上述结合体的纵向摆动动作的转轴的横轴。
3. 根据权利要求2所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述自动机械是仿人自动机械，上述自动机械连接件是上述仿人自动机械的从肘到手腕的前臂连接件，上述结合体是从手腕到指尖的手，把该手掌和手背的朝向作为上述纵向摆动动作的转动方向。
4. 根据权利要求3所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述主连接件的连接长度，比上述副连接件的连接长度长， 上述手以如下方式结合在上述前臂连接件上上述主连接件固定在上述手上的一侧是上述手掌之侧，上述副连接件固定在上述手上的一侧 是上述手背之侧。
5. 根据权利要求4所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述主连接件设置成，以上述纵轴为中心并跨该纵轴的两侧， 在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接件向纵向摆动方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，上述第一杆在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中心在一 方侧上的偏离上述纵轴的位置处连接在上述主连接件上，上述第二杆在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中心在另 一方侧上的偏离上述纵轴的位置处连接在上述主连接件上。
6. 根据权利要求4所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述主连接件设置成以上述横轴为中心并跨该横轴的两侧， 在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接件向纵向摆动方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，上述第一杆在偏离上述纵轴的位置处而且在以上述横轴为中心在一 方侧上的偏离上述横轴的位置处连接在上述主连接件上，上述第二杆在偏离上述纵轴的位置处而且在以上述横轴为中心在另 一方侧上的偏离上述横轴的位置处连接在上述主连接件上。
7. 根据权利要求5或者6所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 将上述第一杆与上述主连接件相连接的第一连接点和上述第二杆与上述主连接件相连接的第二连接点连起来的方向，与上述纵轴或横轴相 互平行，并且上述第一连接点和第二连接点，分别位于距上述纵轴和横轴相等距 离的位置处。
8. 根据权利要求7所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述万向架连接件的作为上述纵轴的纵轴部和作为上述横轴的横轴部呈十字形配置，在该十字形的中央部具有开设了通孔的环形部，在该 环形部外侧突出设有上述纵轴部以及横轴部。
9. 根据权利要求8所述的自动机械的关节结构，其特征在于， 上述第一杆的另一端经由万向接头而连接在包含于上述驱动机构中的第一电动机上，上述第二杆的另一端经由万向接头而连接在包含于上 述驱动机构中的第二电动机上。
10. —种仿人自动机械的手腕关节结构，该仿人自动机械的手腕关 节结构使结合于仿人自动机械的从肘到手腕的前臂连接件上的从手腕到 指尖的手，借助于驱动机构而相对于上述前臂连接件进行纵向摆动动作 和横向摆动动作，其特征在于，仿人自动机械的手腕关节结构具有以下部件基础连接件，其形成有对置部并作为上述前臂连接件的基体；万向架连接件，其具有作为上述手的横向摆动动作的转轴的纵轴和 作为上述手的纵向摆动动作的转轴的横轴，上述纵轴支撑在上述对置部 上并在上述横向摆动动作的方向上转动；主连接件，其一端连接在该万向架连接件的横轴上而另一端连接在 上述手上，主连接件绕上述横轴在上述纵向摆动动作的方向上转动；副连接件，其一端连接在上述万向架连接件上而另一端连接在上述 手上，以便与上述主连接件交叉而构成4节连接机构，上述主连接件设置成，以上述纵轴为中心并跨该纵轴的两侧，在上述主连接件上，经由万向接头连接有使该主连接件向纵向摆动 方向和横向摆动方向转动的第一杆和第二杆，对于上述第一杆，在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中 心在一方侧上的偏离上述纵轴的位置处，其一端连接在上述主连接件上， 其另 一端经由万向接头连接在包含于上述驱动机构中的第一 电动机上，对于上述第二杆，在偏离上述横轴的位置处而且在以上述纵轴为中 心在另一方侧上的偏离上述纵轴的位置处，其一端连接在上述主连接件 上，其另一端经由万向接头连接在包含于上述驱动机构中的第二电动机 上，将上述第一杆与上述主连接件相连接的第一连接点和上述第二杆与 上述主连接件相连接的第二连接点连起来的方向，与上述纵轴或横轴相 互平行，并且上述第一连接点和第二连接点分别位于距上述纵轴和横轴 相等距离的位置处，并且上述手以如下方式结合在上述前臂连接件上在手相对于上述前臂 连接件而成为伸直状态的位置处，上述手的手掌面与由上述第一杆和第 二杆形成的面大致平行。
全文摘要
本发明涉及一种自动机械的关节结构，其是结合在前臂连接件(2)上的手(8)进行纵向摆动动作和横向摆动动作的自动机械的关节结构，该自动机械的关节具有以下部件基础连接件(21)，其形成有对置部(21a)并构成前臂连接件(2)的基体；万向架连接件(4)，其具有互不平行的纵轴(4a)和横轴(4b)，以构成手(8)的纵向摆动动作和横向摆动动作，纵轴(4a)支撑在对置部(21a)之间；主连接件(5)，其一端连接在万向架连接件(4)的横轴(4b)上，另一端连接在手(8)上；以及副连接件(6)，其一端连接在万向架连接件(4)上而另一端连接在手(8)上，以便与主连接件(5)交叉而构成4节连接机构(1)。由此，能够确保关节的较大的可动角度。
文档编号B25J17/00GK101213051SQ20078000006
公开日2008年7月2日 申请日期2007年1月22日 优先权日2006年2月1日
发明者竹村佳也 申请人:本田技研工业株式会社