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３自由度能動回転関節

国内特許コード	P110002452
整理番号	09P041
掲載日	2011年4月20日
出願番号	特願2010-037500
公開番号	特開2011-173187
登録番号	特許第5344402号
出願日	平成22年2月23日(2010.2.23)
公開日	平成23年9月8日(2011.9.8)
登録日	平成25年8月23日(2013.8.23)
発明者	余永永田正樹
出願人	国立大学法人　鹿児島大学
発明の名称	３自由度能動回転関節
発明の概要	【課題】３自由度能動回転関節の小型化および軽量化を図ると共に回転アクチュエータをバランスよく配置させて、一対のリンク間の動特性を向上させる。【解決手段】一方のリンク１０ａが接続される回転体２０と、各出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚが回転体２０の中心に指向し相互に直交するように配置され、回転体２０を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚと、各回転アクチュエータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚの出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚを回転体２０に結合させる位置で支持すると共に回転体２０の他の２軸まわりの回転を許容する可動体１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚと、を備え、一方のリンク１０ａは回転体２０に対して、各出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚから略同距離の位置に接続されている。【選択図】図１
従来技術、競合技術の概要	近年では、様々な分野、例えば医療分野にまでロボット技術が応用されている。ロボットでは、人間の手、足、頭等の機能に似た働きをさせる必要があり、３自由度能動回転可能な関節が要求される。一般的に、物体が互いに直交する３軸まわりに同時に回転することができる場合、物体が回転３自由度を持つという。例えば、人間の首は前後及び左右への動き、左右への回転を行うことができ、３自由度を持つ。２つのリンクを継ぐ関節によって、２リンク間において３自由度方向の任意な回転相対運動が可能となる場合、この関節を３自由度回転関節という。特に、アクチュエータで能動的に動作することのできるものを能動関節、駆動力を発生することのできないものを受動関節という。従来、３自由度能動回転関節としては、本出願人が先に出願した特許文献１に開示された３自由度能動回転関節がある。この３自由度能動回転関節では、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３つの中空軸回転型モータを備え、各中空軸回転型モータの出力軸が回転体に結合されている。また、各中空軸回転型モータは、各出力軸の軸線まわりの回転を規制すると共に、他の直交２軸まわりの回転を許容するように支持体によって支持されている。したがって、３つのうち１つの中空軸回転型モータを回転させることで、回転体は１つの中空軸回転型モータの出力軸を中心にして回転する。同様に、他の２つの中空軸回転型モータも回転させることで、２リンク間において３自由度方向に任意に回転相対運動させることができる。
産業上の利用分野	本発明は、２リンク間において３自由度方向の任意な回転相対運動を可能とする３自由度能動回転関節に関する。
特許請求の範囲	【請求項1】一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各出力軸から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする３自由度能動回転関節。【請求項2】一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＸ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＹ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＺ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各軸体から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする３自由度能動回転関節。【請求項3】前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、前記受部材は、少なくとも前記回転体の上半分の一部を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の３自由度能動回転関節。【請求項4】前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、前記複数の受部材は、互いが接する接合面に凹凸が形成され、前記複数の受部材のそれぞれが同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の３自由度能動回転関節。【請求項5】前記可動体は、前記回転体と同心円状に湾曲したスライダーと、前記スライダーを滑動可能に支持するスライダー支持体とを備え、前記スライダーが前記スライダー支持体を滑動することで、前記回転体の何れか１つの軸まわりの回転を許容することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の３自由度能動回転関節。
国際特許分類(IPC)	B25J 17/00 接続部 B25J 17/02 手首ジョイント F16H 21/46 ３次元的に運動するもの
Fターム	3C007BS09 関節型 3C007BT15 多自由度に回動するもの 3C007CV09 多自由度に回動 3C007CX01 関節部に駆動源を有するもの 3C007CX03 関節部に減速機を組み込むもの 3C007CY36 小型化（明細書明記） 3C007HS27 電動機 3C707BS09 関節型 3C707BT15 多自由度に回動するもの 3C707CV09 多自由度に回動 3C707CX01 関節部に駆動源を有するもの 3C707CX03 関節部に減速機を組み込むもの 3C707CY36 小型化（明細書明記） 3C707HS27 電動機 3J062AA38 ロボット 3J062AB28 三次元リンク 3J062AC10 三次元の運動 3J062BA11 簡素化 3J062CB03 ３次元リンク 3J062CB28 ２自由度以上
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出願権利状態	登録

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発明の名称	THREE-DEGREE-OF-FREEDOM ACTIVE ROTATION JOINT
発明の概要	PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the dynamic characteristics between a pair of links by reducing the size and weight of a three-degree-of-freedom active rotation joint and disposing rotary actuators with satisfactory balance. SOLUTION: The three-degree-of-freedom active rotation joint includes: a rotor 20 to which one link 10a is connected; rotary actuators 100x, 100y, 100z for an X axis, a Y axis, and a Z axis rotating the rotor 20, in which respective output shafts 101x, 101y, 101z are disposed so as to be directed to the center of the rotor 20 and orthogonal with each other; and movable bodies 110x, 110y, 110z supporting the output shafts 101x, 101y, 101z of the respective rotary actuators 100x, 100y, 100z in a position to connect them to the rotor 20, and allowing them to rotate around the other two shafts of the rotor 20. One link 10a is connected to the rotor 20 in a position having substantially the same distance from the respective output shafts 101x, 101y, 101z.

発明の名称

THREE-DEGREE-OF-FREEDOM ACTIVE ROTATION JOINT 新技術説明会

発明の概要

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the dynamic characteristics between a pair of links by reducing the size and weight of a three-degree-of-freedom active rotation joint and disposing rotary actuators with satisfactory balance.
SOLUTION: The three-degree-of-freedom active rotation joint includes: a rotor 20 to which one link 10a is connected; rotary actuators 100x, 100y, 100z for an X axis, a Y axis, and a Z axis rotating the rotor 20, in which respective output shafts 101x, 101y, 101z are disposed so as to be directed to the center of the rotor 20 and orthogonal with each other; and movable bodies 110x, 110y, 110z supporting the output shafts 101x, 101y, 101z of the respective rotary actuators 100x, 100y, 100z in a position to connect them to the rotor 20, and allowing them to rotate around the other two shafts of the rotor 20. One link 10a is connected to the rotor 20 in a position having substantially the same distance from the respective output shafts 101x, 101y, 101z.

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