[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2008068367A - Joint mechanism of robot - Google Patents

Joint mechanism of robot Download PDF

Info

Publication number
JP2008068367A
JP2008068367A JP2006249574A JP2006249574A JP2008068367A JP 2008068367 A JP2008068367 A JP 2008068367A JP 2006249574 A JP2006249574 A JP 2006249574A JP 2006249574 A JP2006249574 A JP 2006249574A JP 2008068367 A JP2008068367 A JP 2008068367A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
bevel gear
node
stator
output shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006249574A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kitaru Iwata
来 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2006249574A priority Critical patent/JP2008068367A/en
Publication of JP2008068367A publication Critical patent/JP2008068367A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint mechanism capable of respectively driving a plurality of joints by a single driving source. <P>SOLUTION: The first joint B, the second joint C and the third joint D tilt relative to a stator 2 while holding their relative postures in accordance with tilting of an output shaft member 5 when tilting the output shaft member 5 relative to the stator 2 by rotating a rotor 4. A second bevel gear 8 rotates around a shaft S1 of the second joint and the second joint C tilts relative to the first joint B as a first bevel gear 6 rotates in accordance with rotation of the output shaft member 5 when rotating the output shaft member 5 around its own shaft by rotating the rotor 4. Additionally, a sixth bevel gear 12 rotates around a shaft S2 of the third joint through a fourth bevel gear 10 and a fifth bevel gear 11 and the third joint D tilts relative to the second joint C due to rotation of a third bevel gear 9 in accordance with rotation of the first bevel gear 6 at this time. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、ロボットの関節機構に係り、特に複数の関節を有してロボットハンドの指等を構成する関節機構に関する。   The present invention relates to a joint mechanism of a robot, and more particularly to a joint mechanism having a plurality of joints and constituting fingers or the like of a robot hand.

近年、人の手に類似した動きをする各種のロボットハンドが開発されており、このようなロボットハンドの1本の指は、複数の関節を有する関節機構を用いて構成することができる。この関節機構は、一般に、関節を駆動させて指を曲げ伸ばしするためのモータ及びアクチュエータ等を駆動源として有する。   In recent years, various types of robot hands that move in a manner similar to human hands have been developed, and one finger of such a robot hand can be configured using a joint mechanism having a plurality of joints. This joint mechanism generally has a motor, an actuator, and the like for driving a joint to bend and stretch a finger as a drive source.

例えば、特許文献1に開示されているロボットハンドの関節機構では、複数の関節を有すると共に、各関節に隣接してこの関節を駆動させるための専用のモータが設けられており、各モータを作動させることによりこのモータに対応する関節が駆動されて指が曲げ伸ばしされる。   For example, the joint mechanism of the robot hand disclosed in Patent Document 1 has a plurality of joints, and a dedicated motor for driving the joints is provided adjacent to each joint. By doing so, the joint corresponding to this motor is driven and the finger is bent and stretched.

特開平11−156778号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-156778

しかし、特許文献1の関節機構では、1つのモータにより1つの関節が駆動されるため、複数の関節に対してそれぞれ対応する複数のモータを設ける必要があり、複雑な構成になるという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、1つの駆動源により複数の関節をそれぞれ駆動させることができる関節機構を提供することを目的とする。
However, in the joint mechanism of Patent Document 1, since one joint is driven by one motor, it is necessary to provide a plurality of motors corresponding to each of the plurality of joints, resulting in a complicated configuration. It was.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a joint mechanism capable of driving a plurality of joints by one drive source.

この発明に係るロボットの関節機構は、ステータ及びこのステータに接触配置され且つ第1関節として用いられる略球体状のロータを有すると共に、ステータを振動させることによりロータを複数の軸回りに回転させる多自由度アクチュエータと、多自由度アクチュエータのロータの表面に突出形成された出力軸部材の軸方向に形成された第1節と、第1節の先端に第2関節を介して傾動可能に連結された第2節と、出力軸部材のその軸回りの回転運動により第2関節を駆動させて第1節に対し第2節を傾動させる変換手段と、出力軸部材のその軸回りの回転運動に伴って第2関節が出力軸部材と共に回転しないように第2関節を保持する保持手段とを備え、多自由度アクチュエータのロータを回転させて、出力軸部材をステータに対して傾動させることにより第2関節を駆動することなく第1節及び第2節を互いの相対姿勢を保持したままステータに対して傾動させ、出力軸部材をその軸回りに回転させることにより変換手段を介して第2関節を駆動させて第1節に対し第2節を傾動させるものである。   A robot joint mechanism according to the present invention includes a stator and a substantially spherical rotor that is disposed in contact with the stator and used as a first joint, and the rotor is rotated around a plurality of axes by vibrating the stator. The first degree joint formed in the axial direction of the output shaft member projecting from the surface of the rotor of the multi-degree-of-freedom actuator and the multi-degree-of-freedom actuator; The second joint, the converting means for driving the second joint by the rotational movement of the output shaft member around its axis and tilting the second joint relative to the first joint, and the rotational movement of the output shaft member around the axis thereof. And a holding means for holding the second joint so that the second joint does not rotate together with the output shaft member. The rotor of the multi-degree-of-freedom actuator is rotated to tilt the output shaft member with respect to the stator. The first joint and the second joint are tilted with respect to the stator while maintaining the relative posture of each other without driving the second joint, and the output shaft member is rotated about its axis via the conversion means. The second joint is driven to tilt the second joint relative to the first joint.

変換手段は、出力軸部材の先端に固定された第1の傘歯歯車と、第2関節の軸上で第2節に固定され且つ第1の傘歯歯車に噛合する第2の傘歯歯車とを有するように構成することができる。
また、保持手段は、ステータに対して第1節を傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持する第1保持部材と、第1節に対して第2節を傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持する第2保持部材とを有するように構成することができる。
The conversion means includes a first bevel gear fixed to the tip of the output shaft member, and a second bevel gear fixed to the second joint on the shaft of the second joint and meshing with the first bevel gear. It can comprise so that.
The holding means includes a first holding member that holds the first node so that it can tilt with respect to the stator and does not rotate about its axis, and a second member that can tilt relative to the first node and its axis It can comprise so that it may have a 2nd holding member hold | maintained so that it may not rotate around.

n≧3として第2節の先端に第3〜第n関節を介して第3〜第n節が順次連結され、第2関節の駆動を第3〜第n関節に順次伝達する連動手段を備えることもできる。
また、多自由度アクチュエータは、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、複合振動子によりステータを振動させてステータとロータの接触部分に楕円または円運動を発生させることによりロータを複数の軸回りに回転させることができる。
The third to n-th nodes are sequentially connected to the tip of the second node through the third to n-th joints so that n ≧ 3, and interlocking means for sequentially transmitting the driving of the second joints to the third to n-th joints is provided. You can also.
The multi-degree-of-freedom actuator has a composite vibrator composed of a plurality of piezoelectric element plates stacked on each other, and the stator is vibrated by the composite vibrator to generate an elliptical or circular motion at the contact portion between the stator and the rotor. Thus, the rotor can be rotated around a plurality of axes.

この発明によれば、1つの駆動源により複数の関節をそれぞれ駆動させることができる関節機構を実現することが可能である。   According to the present invention, it is possible to realize a joint mechanism that can drive a plurality of joints by one drive source.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に、この発明の実施の形態に係るロボットの関節機構の一部が破断した斜視図を示す。この関節機構は、例えば、ロボットハンドの1本の指を構成するものであり、その駆動源として、1つの多自由度アクチュエータAを有する。この多自由度アクチュエータAでは、基部ブロック1とステータ2との間に複合振動子3が配置されると共に、ステータ2に設けられた凹部内に、この関節機構の第1関節として用いられる球体状のロータ4が回転自在に収容されている。ステータ2を振動させることによりロータ4を複数の軸回りに回転することができるように構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view in which a part of the joint mechanism of the robot according to the embodiment of the present invention is broken. This joint mechanism constitutes, for example, one finger of a robot hand, and has one multi-degree-of-freedom actuator A as its drive source. In this multi-degree-of-freedom actuator A, the composite vibrator 3 is disposed between the base block 1 and the stator 2, and the spherical shape used as the first joint of the joint mechanism is provided in the recess provided in the stator 2. The rotor 4 is accommodated rotatably. The rotor 4 can be rotated around a plurality of axes by vibrating the stator 2.

ロータ4には、ロータ4の表面からロータ4の径方向外方に向かって直線状に延びる出力軸部材5が固定されており、この出力軸部材5は、ロータ4の回転に伴ってロータ4と共に移動されるように構成されている。出力軸部材5の延長方向の先端には、出力軸部材5をその回転軸とする第1の傘歯歯車6が固定されている。ここで、出力軸部材5の外周部には、環状の2つのプレート7が出力軸部材5の軸方向に互いに間隔をあけて取り付けられており、それぞれのプレート7と出力軸部材5とは互いに回転自在に配置されている。これら2つのプレート7の外周部には、ほぼ筒状の第1節Bが固定されており、この第1節Bの内部に、2つのプレート7、出力軸部材5の一部及び第1の傘歯歯車6が収容されている。   An output shaft member 5 extending linearly from the surface of the rotor 4 toward the radially outer side of the rotor 4 is fixed to the rotor 4, and the output shaft member 5 is rotated as the rotor 4 rotates. It is comprised so that it may move with. A first bevel gear 6 having the output shaft member 5 as a rotation shaft is fixed to the distal end of the output shaft member 5 in the extending direction. Here, two annular plates 7 are attached to the outer peripheral portion of the output shaft member 5 at intervals in the axial direction of the output shaft member 5, and the plates 7 and the output shaft member 5 are mutually connected. It is arranged so that it can rotate freely. A substantially cylindrical first node B is fixed to the outer peripheral portions of these two plates 7, and the two plates 7, a part of the output shaft member 5, and the first A bevel gear 6 is accommodated.

第1節Bの先端には、第2関節の軸S1を介してほぼ筒状の第2節Cが傾動可能に連結されている。さらに、第2節Cの先端には、第3関節の軸S2を介してほぼ筒状の第3節Dが傾動可能に連結されており、この第3節Dの先端は半球形状に形成されている。
出力軸部材5の先端に位置する第1の傘歯歯車6には、第2関節の軸S1上で第2節Cに固定される第2の傘歯歯車8が噛合されている。また、第1の傘歯歯車6には、この第2の傘歯歯車8に対向するように配置される第3の傘歯歯車9が噛合されており、これら第2の傘歯歯車8と第3の傘歯歯車9とは互いに独立して第2関節の軸S1の回りに回転することができるように配置されている。また、第3の傘歯歯車9には、第4の傘歯歯車10が噛合されており、第4の傘歯歯車10には、第5の傘歯歯車11が一体に形成されている。第5の傘歯歯車11には、第3関節の軸S2上で第3節Dの基端部に固定される第6の傘歯歯車12が噛合されている。
A substantially cylindrical second node C is connected to the tip of the first node B via an axis S1 of the second joint so as to be tiltable. Further, a substantially cylindrical third section D is connected to the tip of the second section C via an axis S2 of the third joint so as to be tiltable, and the tip of the third section D is formed in a hemispherical shape. ing.
The first bevel gear 6 positioned at the tip of the output shaft member 5 is meshed with a second bevel gear 8 fixed to the second joint C on the shaft S1 of the second joint. Further, the first bevel gear 6 is meshed with a third bevel gear 9 disposed so as to face the second bevel gear 8. The third bevel gear 9 is arranged so as to be able to rotate around the axis S1 of the second joint independently of each other. A fourth bevel gear 10 is meshed with the third bevel gear 9, and a fifth bevel gear 11 is integrally formed with the fourth bevel gear 10. The fifth bevel gear 11 is meshed with a sixth bevel gear 12 fixed to the base end of the third joint D on the third joint axis S2.

ここで、第2の傘歯歯車8、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10及び第5の傘歯歯車11は第2節Cの内部に収容されており、第2節Cの内面に取り付けられた軸受け13により、第4の傘歯歯車10及び第5の傘歯歯車11の軸が回転自在に支持されている。
また、第6の傘歯歯車12は第3節Dの内部に収容されている。
Here, the second bevel gear 8, the third bevel gear 9, the fourth bevel gear 10, and the fifth bevel gear 11 are accommodated in the second section C, and the second section The shafts of the fourth bevel gear 10 and the fifth bevel gear 11 are rotatably supported by a bearing 13 attached to the inner surface of C.
The sixth bevel gear 12 is housed inside the third node D.

また、第1節Bは第1保持部材14を介してステータ2に接続されている。この第1保持部材14により、第1節Bは、ステータ2に対して傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持されている。また、第2節Cは第2保持部材15を介して第1節Bに接続されている。この第2保持部材15により、第2節Cは第1節Bに対して傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持されると共に、第2節Cに固定された第2の傘歯歯車8が第1の傘歯歯車6に噛合し、第3の傘歯歯車9が第1の傘歯歯車6及び第4の傘歯歯車10にそれぞれ噛合した状態が維持される。さらに、第3節Dは第3保持部材16を介して第2節Cに対して接続されている。この第3の保持部材16により、第3節Dは第2節Cに対して傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持されると共に、第3節Dに固定されている第6の傘歯歯車12が第5の傘歯歯車11に噛合した状態が維持される。
これらの第1保持部材14、第2保持部材15及び第3保持部材16により、第1節B、第2節C及び第3節Dは多自由度アクチュエータAから外れないように保持されている。
Further, the first node B is connected to the stator 2 via the first holding member 14. The first holding member 14 holds the first node B so that it can tilt with respect to the stator 2 and does not rotate around its axis. The second node C is connected to the first node B through the second holding member 15. The second holding member 15 holds the second joint C so that it can tilt with respect to the first joint B and does not rotate about its axis, and is fixed to the second joint C. The state where the gear 8 meshes with the first bevel gear 6 and the third bevel gear 9 meshes with the first bevel gear 6 and the fourth bevel gear 10 is maintained. Further, the third node D is connected to the second node C via the third holding member 16. The third holding member 16 holds the third node D so that it can tilt with respect to the second node C and does not rotate about its axis, and is fixed to the third node D. The state in which the bevel gear 12 is engaged with the fifth bevel gear 11 is maintained.
By these first holding member 14, second holding member 15, and third holding member 16, the first node B, the second node C, and the third node D are held so as not to be detached from the multi-degree-of-freedom actuator A. .

なお、図1の関節機構における第1節B、第2節C及び第3節Dをそれぞれ省略して、第1の傘歯歯車6,第2の傘歯歯車8、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10、第5の傘歯歯車11及び第6の傘歯歯車12の位置関係を明瞭にしたものを図2に示す。
また、第2関節の軸S1は、出力軸部材5に対して垂直に配置されると共に、第3関節の軸S2は、第2関節の軸S1に平行であると共に第4の傘歯歯車10及び第5の傘歯歯車11の軸に垂直に配置されている。
また、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10、第5の傘歯歯車11及び第6の傘歯歯車12により、第2関節の駆動を第3関節に伝達するための連動手段が構成されている。
The first joint B, the second joint C, and the third joint D in the joint mechanism of FIG. 1 are omitted, and the first bevel gear 6, the second bevel gear 8, and the third bevel gear. 9, the positional relationship among the fourth bevel gear 10, the fifth bevel gear 11, and the sixth bevel gear 12 is clarified in FIG. 2.
The axis S1 of the second joint is disposed perpendicular to the output shaft member 5, the axis S2 of the third joint is parallel to the axis S1 of the second joint, and the fourth bevel gear 10 And the fifth bevel gear 11 is disposed perpendicular to the axis of the bevel gear 11.
Further, the third bevel gear 9, the fourth bevel gear 10, the fifth bevel gear 11, and the sixth bevel gear 12 are coupled to transmit the drive of the second joint to the third joint. Means are configured.

次に、図3に示されるように、この関節機構の駆動源として用いられる多自由度アクチュエータAは、超音波振動を利用してロータ4を回転させる超音波アクチュエータから構成されている。基部ブロック1とステータ2との間に円筒状の複合振動子3が挟持されると共に、基部ブロック1とステータ2とが複合振動子3内に通された連結ボルト17を介して互いに連結されることにより、多自由度アクチュエータA全体としてほぼ円柱状の外形を有している。ここで、説明の便宜上、基部ブロック1からステータ2へと向かう円柱状の外形の中心軸をZ軸と規定し、Z軸に対して垂直方向にX軸が、Z軸及びX軸に対して垂直にY軸がそれぞれ延びているものとする。   Next, as shown in FIG. 3, the multi-degree-of-freedom actuator A used as a drive source for this joint mechanism is composed of an ultrasonic actuator that rotates the rotor 4 using ultrasonic vibration. A cylindrical composite vibrator 3 is sandwiched between the base block 1 and the stator 2, and the base block 1 and the stator 2 are connected to each other via a connecting bolt 17 passed through the composite vibrator 3. Thus, the multi-degree-of-freedom actuator A as a whole has a substantially cylindrical outer shape. Here, for convenience of explanation, the central axis of the cylindrical outer shape from the base block 1 to the stator 2 is defined as the Z axis, and the X axis is perpendicular to the Z axis and the Z axis and the X axis are Assume that the Y-axis extends vertically.

複合振動子3は、それぞれXY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第1〜第3の圧電素子部31〜33を有しており、これらの圧電素子部31〜33が絶縁シート34〜37を介してステータ2及び基部ブロック1から、また互いに絶縁された状態で配置されている。   The composite vibrator 3 includes first to third piezoelectric element portions 31 to 33 each having a flat plate shape, which are positioned on the XY plane and overlapped with each other. The piezoelectric element portions 31 to 33 are insulating sheets. It is arranged in a state of being insulated from the stator 2 and the base block 1 through 34 to 37 and from each other.

ステータ2には、複合振動子3に接する面とは反対側に凹部18が形成されており、この凹部18内に球体状のロータ4が収容されている。凹部18は、ロータ4の直径より小さな内径を有する小径部19と、ロータ4の直径より大きな内径を有する大径部20とからなり、これら小径部19と大径部20との境界部にXY平面上に位置する環状の段差21が形成されている。ロータ4は、凹部18内の段差21に当接することにより回転自在に支持されている。
なお、ロータ4は図示しない予圧手段によりステータ2に対して加圧接触されている。
A recess 18 is formed on the stator 2 on the side opposite to the surface in contact with the composite vibrator 3, and the spherical rotor 4 is accommodated in the recess 18. The recess 18 includes a small-diameter portion 19 having an inner diameter smaller than the diameter of the rotor 4 and a large-diameter portion 20 having an inner diameter larger than the diameter of the rotor 4. An annular step 21 located on the plane is formed. The rotor 4 is rotatably supported by contacting the step 21 in the recess 18.
The rotor 4 is in pressure contact with the stator 2 by a preload means (not shown).

図4に示されるように、複合振動子3の第1の圧電素子部31は、それぞれ円板形状を有する電極板31a、圧電素子板31b、電極板31c、圧電素子板31d及び電極板31eが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第2の圧電素子部32は、それぞれ円板形状を有する電極板32a、圧電素子板32b、電極板32c、圧電素子板32d及び電極板32eが順次重ね合わされた構造を有し、第3の圧電素子部33は、それぞれ円板形状を有する電極板33a、圧電素子板33b、電極板33c、圧電素子板33d及び電極板33eが順次重ね合わされた構造を有している。   As shown in FIG. 4, the first piezoelectric element portion 31 of the composite vibrator 3 includes an electrode plate 31a, a piezoelectric element plate 31b, an electrode plate 31c, a piezoelectric element plate 31d, and an electrode plate 31e each having a disk shape. It has a structure that is sequentially stacked. Similarly, the second piezoelectric element portion 32 has a structure in which an electrode plate 32a, a piezoelectric element plate 32b, an electrode plate 32c, a piezoelectric element plate 32d, and an electrode plate 32e each having a disk shape are sequentially stacked. 3 has a structure in which an electrode plate 33a, a piezoelectric element plate 33b, an electrode plate 33c, a piezoelectric element plate 33d, and an electrode plate 33e each having a disk shape are sequentially stacked.

図5に示されるように、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dは、Y軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板31bと圧電素子板31dは互いに裏返しに配置されている。
第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dは、2分割されることなく全体がZ軸方向(厚み方向)に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板32bと圧電素子板32dは互いに裏返しに配置されている。
第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dは、X軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板33bと圧電素子板33dは互いに裏返しに配置されている。
As shown in FIG. 5, the pair of piezoelectric element plates 31 b and 31 d of the first piezoelectric element portion 31 has portions that are divided into two in the Y-axis direction and have opposite polarities, and each has a Z-axis direction (thickness direction). The piezoelectric element plate 31b and the piezoelectric element plate 31d are disposed so as to be reversed with respect to each other.
The pair of piezoelectric element plates 32b and 32d of the second piezoelectric element portion 32 are polarized so as to be expanded or contracted in the Z-axis direction (thickness direction) as a whole without being divided into two. The element plate 32b and the piezoelectric element plate 32d are arranged inside out.
In the pair of piezoelectric element plates 33b and 33d of the third piezoelectric element portion 33, the portions divided into two in the X-axis direction have opposite polarities, and are opposite to expansion and contraction in the Z-axis direction (thickness direction), respectively. The piezoelectric element plate 33b and the piezoelectric element plate 33d are disposed so as to be reversed with respect to each other.

なお、図3に示されるように、第1の圧電素子部31の両面部分に配置されている電極板31a及び電極板31eと、第2の圧電素子部32の両面部分に配置されている電極板32a及び電極板32eと、第3の圧電素子部33の両面部分に配置されている電極板33a及び電極板33eがそれぞれ電気的に接地されている。また、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの間に配置されている電極板31cから第1の端子31tが、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dの間に配置されている電極板32cから第2の端子32tが、第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの間に配置されている電極板33cから第3の端子33tがそれぞれ引き出されている。   As shown in FIG. 3, electrode plates 31 a and 31 e disposed on both surface portions of the first piezoelectric element portion 31 and electrodes disposed on both surface portions of the second piezoelectric element portion 32. The plate 32a and the electrode plate 32e, and the electrode plate 33a and the electrode plate 33e disposed on both surface portions of the third piezoelectric element portion 33 are electrically grounded. In addition, the first terminal 31 t from the electrode plate 31 c disposed between the pair of piezoelectric element plates 31 b and 31 d of the first piezoelectric element portion 31 is connected to the pair of piezoelectric element plates 32 b of the second piezoelectric element portion 32. And the second terminal 32t from the electrode plate 32c disposed between the second and third electrode elements 32c and 32d to the third terminal from the electrode plate 33c disposed between the pair of piezoelectric element plates 33b and 33d of the third piezoelectric element portion 33. Terminals 33t are respectively drawn out.

ここで、複合振動子3に対して、第1の端子31tからステータ2の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第1の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にY軸方向のたわみ振動を発生する。また、第2の端子32tからステータ2の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ2にZ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第3の端子33tからステータ2の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの2分割された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ2にX軸方向のたわみ振動を発生する。   Here, when an AC voltage having a frequency close to the natural frequency of the stator 2 is applied from the first terminal 31 t to the composite vibrator 3, the pair of piezoelectric element plates 31 b and 31 d of the first piezoelectric element unit 31 is applied. The two parts are alternately expanded and contracted in the Z-axis direction, and the stator 2 generates a flexural vibration in the Y-axis direction. Further, when an AC voltage having a frequency close to the natural frequency of the stator 2 is applied from the second terminal 32t, the pair of piezoelectric element plates 32b and 32d of the second piezoelectric element portion 32 repeatedly expands and contracts in the Z-axis direction. The stator 2 generates longitudinal vibration in the Z-axis direction. Further, when an AC voltage having a frequency close to the natural frequency of the stator 2 is applied from the third terminal 33t, the two divided portions of the pair of piezoelectric element plates 33b and 33d of the third piezoelectric element portion 33 are in the Z-axis direction. Then, expansion and contraction are alternately repeated, and flexural vibration in the X-axis direction is generated in the stator 2.

そこで、複合振動子3を駆動することにより、第1の圧電素子部31によるY軸方向のたわみ振動、第2の圧電素子部32によるZ軸方向の縦振動、及び第3の圧電素子部33によるX軸方向のたわみ振動のうち2つまたは3つ全てを組み合わせた複合振動を発生させて、ステータ2の段差21に楕円振動を形成することにより、ロータ4を3次元方向に自由に回転駆動することができるように構成されている。   Therefore, by driving the composite vibrator 3, flexural vibration in the Y-axis direction by the first piezoelectric element portion 31, longitudinal vibration in the Z-axis direction by the second piezoelectric element portion 32, and the third piezoelectric element portion 33. The rotor 4 is freely rotationally driven in a three-dimensional direction by generating a composite vibration in which two or all of the three flexural vibrations in the X-axis direction are combined to form an elliptical vibration in the step 21 of the stator 2. It is configured to be able to.

次に、この実施の形態に係るロボットの関節機構の動作について説明する。多自由度アクチュエータAの複合振動子3を駆動することによりロータ4を回転させ、このロータ4を第1関節として出力軸部材5をステータ2に対して傾動させると、このとき第2関節及び第3関節は駆動されることはなく、したがって、出力軸部材5の傾動に伴って第1節B、第2節C及び第3節Dが互いの相対姿勢を保持したままステータ2に対して傾動される。   Next, the operation of the joint mechanism of the robot according to this embodiment will be described. When the rotor 4 is rotated by driving the composite vibrator 3 of the multi-degree-of-freedom actuator A, and the output shaft member 5 is tilted with respect to the stator 2 using the rotor 4 as the first joint, the second joint and the second joint The three joints are not driven. Therefore, as the output shaft member 5 tilts, the first joint B, the second joint C, and the third joint D tilt relative to the stator 2 while maintaining their relative postures. Is done.

また、多自由度アクチュエータAの複合振動子3を駆動することによりロータ4を回転させ、出力軸部材5をそれ自身の軸回りに回転させると、出力軸部材5のその軸回りの回転に伴って第1の傘歯歯車6が回転される。この第1の傘歯歯車6の回転に伴って第2の傘歯歯車8が第2関節の軸S1の回りに回転され、これにより、第2の傘歯歯車8に固定されている第2節Cが第2関節を介して第1節Bに対し傾動される。
また、第1の傘歯歯車6の回転に伴って第3の傘歯歯車9も回転され、この第3の傘歯歯車9の回転に伴って第4の傘歯歯車10及び第5の傘歯歯車11が回転され、さらに、第5の傘歯歯車11の回転に伴って第6の傘歯歯車12が第3関節の軸S2の回りに回転され、これにより、第6の傘歯歯車12に固定されている第3節Dが第3関節を介して第2節Cに対し傾動される。
Further, when the rotor 4 is rotated by driving the composite vibrator 3 of the multi-degree-of-freedom actuator A and the output shaft member 5 is rotated about its own axis, the output shaft member 5 is rotated along its axis. Thus, the first bevel gear 6 is rotated. With the rotation of the first bevel gear 6, the second bevel gear 8 is rotated around the axis S <b> 1 of the second joint, whereby the second bevel gear 8 is fixed to the second bevel gear 8. The node C is tilted with respect to the first node B via the second joint.
The third bevel gear 9 is also rotated with the rotation of the first bevel gear 6, and the fourth bevel gear 10 and the fifth bevel are rotated with the rotation of the third bevel gear 9. The tooth gear 11 is rotated, and the sixth bevel gear 12 is rotated around the axis S2 of the third joint in accordance with the rotation of the fifth bevel gear 11, whereby the sixth bevel gear is rotated. The third joint D fixed to 12 is tilted with respect to the second joint C via the third joint.

このように、ロータ4を回転させて出力軸部材5をその軸回りに回転させることで、第2関節及び第3関節をそれぞれ駆動させて第2節Cを第1節Bに対して傾動させると共に、それに連動して第3節Dを第2節Cに対して傾動させることができる。
また、第2の傘歯歯車8と第6の傘歯歯車12とは同一方向に回転するように構成されているため、第2節Cが第1節Bに対して曲げられるときに、第3節Dも第2節Cに対して同じ方向に曲げられ、また、第2節Cが第1節Bに対して直線状に伸ばされるときに、第3節Dも第2節Cに対して直線状に伸ばされることとなる。したがって、第1関節としてのロータ4をロボットハンドの指の付け根の関節として用いれば、第2節C及び第3節Dが同じ方向に傾動され、これにより人間の指に類似した動作を行うロボットハンドの指を実現することができる。
Thus, by rotating the rotor 4 and rotating the output shaft member 5 about its axis, the second joint and the third joint are driven to tilt the second joint C relative to the first joint B. At the same time, the third joint D can be tilted with respect to the second joint C in conjunction therewith.
Further, since the second bevel gear 8 and the sixth bevel gear 12 are configured to rotate in the same direction, when the second node C is bent with respect to the first node B, The third node D is also bent in the same direction with respect to the second node C, and when the second node C is stretched linearly with respect to the first node B, the third node D is also relative to the second node C. Will be stretched linearly. Therefore, if the rotor 4 as the first joint is used as the joint at the base of the finger of the robot hand, the second joint C and the third joint D are tilted in the same direction, thereby performing a movement similar to a human finger. Hand fingers can be realized.

なお、多自由度アクチュエータAのロータ4を回転させて、出力軸部材5のステータ2に対する傾動と出力軸部材5のその軸回りの回転とを同時に行えば、第1節Bをステータ2に対して傾動させながら、第2節Cを第1節Bに対して、また、第3節Dを第2節Cに対してそれぞれ傾動させることができる。   If the rotor 4 of the multi-degree-of-freedom actuator A is rotated to simultaneously tilt the output shaft member 5 relative to the stator 2 and rotate the output shaft member 5 about its axis, the first node B is moved relative to the stator 2. The second joint C can be tilted with respect to the first joint B, and the third joint D can be tilted with respect to the second joint C.

以上のように、多自由度アクチュエータAのロータ4を回転させて、出力軸部材5をステータ2に対し傾動させることで、ロータ4を第1関節として第1節B、第2節C及び第3節Dを互いの相対姿勢を保持したままステータ2に対して傾動させることができると共に、出力軸部材5をその軸回りに回転させることで、第2関節及び第3関節を駆動させて第1節Bに対して第2節Cを、第2節Cに対して第3節Dそれぞれ傾動させることができる。   As described above, by rotating the rotor 4 of the multi-degree-of-freedom actuator A and tilting the output shaft member 5 with respect to the stator 2, the first joint B, the second joint C, and the second joint with the rotor 4 as the first joint. The third joint D can be tilted with respect to the stator 2 while maintaining the relative posture of each other, and the output shaft member 5 is rotated around its axis to drive the second joint and the third joint. The second node C can be tilted with respect to the first node B, and the third node D can be tilted with respect to the second node C.

これにより、1つの多自由度アクチュエータAを駆動源として複数の関節をそれぞれ駆動させてこの関節機構全体を曲げ伸ばしすることができる。
したがって、従来のように複数の関節にそれぞれ対応する複数の駆動用モータを設ける必要がなくなり、単純な構成を有する関節機構を実現することができる。
また、駆動源として1つの多自由度アクチュエータAのみを有するので、電力供給用の電源、制御用の制御回路、及び制御時に用いられる位置センサ等の制御用センサをそれぞれ1つ設けるだけで複数の関節をそれぞれ駆動制御することができ、これにより構成をさらに簡素化することができる。
As a result, the entire joint mechanism can be bent and extended by driving a plurality of joints using one multi-degree-of-freedom actuator A as a drive source.
Therefore, it is not necessary to provide a plurality of drive motors corresponding to a plurality of joints as in the conventional case, and a joint mechanism having a simple configuration can be realized.
Further, since it has only one multi-degree-of-freedom actuator A as a drive source, a plurality of power sources for supplying power, a control circuit for control, and a control sensor such as a position sensor used at the time of control are provided. Each of the joints can be driven and controlled, thereby further simplifying the configuration.

また、この関節機構では、出力軸部材5のその軸回りの回転を利用することで、第2関節及び第3関節をそれぞれ駆動させて第2節C及び第3節Dを傾動させることができるため、第2関節を駆動するためのモータ、及び第3関節を駆動するためのモータを第1節B〜第3節Dの中などに設ける必要はなく、これにより、第1節B〜第3節Dをそれぞれ軽量に構成することができ、制御性が向上する。また、モータに接続される電源供給用の配線及び駆動制御用の配線等を第1節B〜第3節D内に取り回す必要もないため、これら第1節B〜第3節D内の構造をそれぞれ簡素化することができる。   Further, in this joint mechanism, the second joint C and the third joint D can be tilted by driving the second joint and the third joint, respectively, by utilizing the rotation of the output shaft member 5 around the axis. Therefore, it is not necessary to provide a motor for driving the second joint and a motor for driving the third joint in the first section B to the third section D, and so on. Each of the three sections D can be configured to be lightweight, and controllability is improved. Further, since it is not necessary to route power supply wiring and drive control wiring connected to the motor in the first section B to the third section D, the wiring in the first section B to the third section D is not necessary. Each structure can be simplified.

また、第1保持部材14により第1節Bがその軸回りに回転しないようにステータ2に対して保持され、第2保持部材15により第2節Cがその軸回りに回転しないように第1節Bに対して保持されているため、出力軸部材5のその軸回りの回転により第1の傘歯歯車6が回転するときに、第2節Cに固定されている第2の傘歯歯車8が第1の傘歯歯車6と共にこの第1の傘歯歯車6の軸の回りに回転することが防止される。したがって、第1の傘歯歯車6の回転により第2の傘歯歯車8が第2関節の軸S1の回りに回転され、これにより第2関節を駆動させて第2節Cを第1節Bに対して傾動させることができる。   Further, the first holding member 14 holds the first node B against the stator 2 so as not to rotate about its axis, and the second holding member 15 prevents the second node C from rotating about its axis. The second bevel gear fixed to the second node C when the first bevel gear 6 is rotated by the rotation of the output shaft member 5 around its axis because it is held against the node B. 8 is prevented from rotating around the axis of the first bevel gear 6 together with the first bevel gear 6. Therefore, the rotation of the first bevel gear 6 causes the second bevel gear 8 to rotate about the axis S1 of the second joint, thereby driving the second joint and moving the second joint C into the first joint B. Can be tilted with respect to.

さらに、第3保持部材16により第3節Dがその軸回りに回転しないように第2節Cに対して保持されているため、出力軸部材5のその軸回りの回転により第1の傘歯歯車6、第3の傘歯歯車9及び第4の傘歯歯車10を介して第5の傘歯歯車11が回転するときに、第3節Dに固定されている第6の傘歯歯車12が第5の傘歯歯車11と共にこの第5の傘歯歯車11の軸の回りに回転することが防止される。したがって、第5の傘歯歯車11の回転により第6の傘歯歯車12が第3関節の軸S2の回りに回転され、これにより第3関節を駆動させて第3節Dを第2節Cに対して傾動させることができる。   Further, since the third node D is held by the third holding member 16 with respect to the second node C so as not to rotate about its axis, the rotation of the output shaft member 5 about its axis causes the first bevel tooth A sixth bevel gear 12 fixed to the third node D when the fifth bevel gear 11 rotates via the gear 6, the third bevel gear 9, and the fourth bevel gear 10. Is prevented from rotating around the axis of the fifth bevel gear 11 together with the fifth bevel gear 11. Accordingly, the rotation of the fifth bevel gear 11 causes the sixth bevel gear 12 to rotate about the axis S2 of the third joint, thereby driving the third joint and moving the third joint D to the second joint C. Can be tilted with respect to.

なお、上述の実施の形態において、互いに噛合している傘歯歯車の歯数の比をそれぞれ選択することにより、第2関節及び第3関節の駆動時に、出力軸部材5の回転速度に対する第2節Cの傾動速度及び第3節Dの傾動速度を所望の値に設定することができる。   In the above-described embodiment, by selecting the ratio of the number of teeth of the bevel gears meshing with each other, the second speed relative to the rotation speed of the output shaft member 5 is driven when the second joint and the third joint are driven. The tilt speed of the node C and the tilt speed of the third node D can be set to desired values.

なお、上述の実施の形態の関節機構は3つの関節を有していたが、この関節機構から第3節D、第6の傘歯歯車12、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10及び第5の傘歯歯車11を省略して、2つの関節のみを有する関節機構を構成してもよい。   The joint mechanism of the above embodiment has three joints. From this joint mechanism, the third joint D, the sixth bevel gear 12, the third bevel gear 9, and the fourth bevel. The joint gear having only two joints may be configured by omitting the tooth gear 10 and the fifth bevel gear 11.

また、この2関節の関節機構に対し、n≧3として、第2節Cの先端に第3〜第n関節を介して第3〜第n節を順次連結すると共に、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10、第5の傘歯歯車11及び第6の傘歯歯車12からなる連動手段を(n−2)個用いることにより、出力軸部材5のその軸回りの回転による第2関節の駆動を第3〜第n関節にも順次伝達することができる。   Further, with respect to the joint mechanism of the two joints, n ≧ 3, and the third to n-th nodes are sequentially connected to the tip of the second node C via the third to n-th joints, and the third bevel gear 9, rotation of the output shaft member 5 around its axis by using (n−2) interlocking means including the fourth bevel gear 10, the fifth bevel gear 11 and the sixth bevel gear 12. The driving of the second joint can be sequentially transmitted to the third to n-th joints.

また、上述の実施の形態において、第3の傘歯歯車9、第4の傘歯歯車10、第5の傘歯歯車11及び第6の傘歯歯車12からなる連動手段を用いる代わりに、図6に示されるように、第3の傘歯歯車9と、この第3の傘歯歯車9の外面に固定される第1プーリー41と、第3関節の軸S2上で第3節Dに固定される第2プーリー42と、これら第1プーリー41及び第2プーリー42とにかけ回されるベルト43とからなる連動手段を用いることもできる。すなわち、第1の傘歯歯車6の回転に伴って、第2の傘歯歯車8が回転すると共に第3の傘歯歯車9及び第1のプーリー41が回転し、この第1のプーリー41の回転によりベルト43を介して第2のプーリー42が第2の傘歯歯車8と同一方向に回転され、これにより、第2関節の駆動を第3関節に伝達することができる。   Further, in the above-described embodiment, instead of using interlocking means composed of the third bevel gear 9, the fourth bevel gear 10, the fifth bevel gear 11, and the sixth bevel gear 12, FIG. 6, the third bevel gear 9, the first pulley 41 fixed to the outer surface of the third bevel gear 9, and the third joint D fixed on the third joint axis S <b> 2. It is also possible to use interlocking means composed of the second pulley 42 and the belt 43 wound around the first pulley 41 and the second pulley 42. That is, as the first bevel gear 6 rotates, the second bevel gear 8 rotates and the third bevel gear 9 and the first pulley 41 rotate. Due to the rotation, the second pulley 42 is rotated in the same direction as the second bevel gear 8 via the belt 43, whereby the drive of the second joint can be transmitted to the third joint.

なお、第1のプーリー41と第2のプーリー42の大きさ及び形状を選択することで、第2関節及び第3関節の駆動時に、出力軸部材5に対する第2節Cの傾動速度と第3節Dの傾動速度を所望の値に設定することができる。
また、例えば、第1のプーリー41及び第2のプーリー42のうち少なくとも一方を真円ではなく、回転角度によってその半径が変化する楕円等の形状にすれば、これらのプーリーの回転位置に応じて、第2節Cに対する第3節Dの傾動速度を変化させることができる。
なお、プーリーとベルトの代わりに、スプロケットとチェーンを用いてもよい。
In addition, by selecting the size and shape of the first pulley 41 and the second pulley 42, the tilt speed of the second joint C relative to the output shaft member 5 and the third speed can be increased when the second joint and the third joint are driven. The tilting speed of the node D can be set to a desired value.
Also, for example, if at least one of the first pulley 41 and the second pulley 42 is not a perfect circle but an ellipse or the like whose radius changes according to the rotation angle, it depends on the rotational position of these pulleys. The tilting speed of the third section D with respect to the second section C can be changed.
A sprocket and a chain may be used instead of the pulley and the belt.

なお、この連動手段として、n≧3として、第2関節の駆動を第3〜第n関節に順次伝達することができる各種のリンク機構を用いることも可能である。   In addition, as this interlocking means, it is also possible to use various link mechanisms that can sequentially transmit the drive of the second joint to the third to n-th joints when n ≧ 3.

また、上述の実施の形態において、連動手段を用いる代わりに、図7に示されるように、出力軸部材5、第1の傘歯歯車6及び第2の傘歯歯車8を第1軸手段51として、この第1軸手段51と同様の構成を有する第2軸手段52を用意し、第1軸手段51の出力軸部材5の第1の傘歯歯車6よりも先端に、ユニバーサルジョイント53を介して第2軸手段52の出力軸部材5を連結し、第2軸手段52の第2の傘歯歯車8を第3関節の軸S2上で第3節Dに固定するように構成することもできる。ユニバーサルジョイント53は、第1軸手段51の出力軸部材5と第2軸手段52の出力軸部材5を、互いに傾動可能でありながら、軸回りの回転運動を伝達するように連結するものである。   Further, in the above-described embodiment, instead of using the interlocking means, the output shaft member 5, the first bevel gear 6 and the second bevel gear 8 are connected to the first shaft means 51 as shown in FIG. The second shaft means 52 having the same configuration as the first shaft means 51 is prepared, and the universal joint 53 is provided at the tip of the first bevel gear 6 of the output shaft member 5 of the first shaft means 51. The output shaft member 5 of the second shaft means 52 is connected to the second shaft means 52, and the second bevel gear 8 of the second shaft means 52 is fixed to the third joint D on the axis S2 of the third joint. You can also. The universal joint 53 connects the output shaft member 5 of the first shaft means 51 and the output shaft member 5 of the second shaft means 52 so as to transmit a rotational motion around the axis while being tiltable with respect to each other. .

このように構成すれば、第1軸手段51の出力軸部材5をその軸回りに回転させると、ユニバーサルジョイント53を介して第2軸手段52の出力軸部材5もそれ自身の軸回りに回転され、これにより第2軸手段52の第1の傘歯歯車6を介して第2軸手段52の第2の傘歯歯車8が、第1軸手段51の第2の傘歯歯車8と同一方向に回転されることとなる。したがって、ロータ4を回転させて第1軸手段51の出力軸部材5をその軸回りに回転させることで、第2関節及び第3関節が連動して駆動され、第2節Cを第1節Bに対して、第3節Dを第2節Cに対してそれぞれ傾動させることができる。   With this configuration, when the output shaft member 5 of the first shaft means 51 is rotated about its axis, the output shaft member 5 of the second shaft means 52 is also rotated about its own axis via the universal joint 53. Thus, the second bevel gear 8 of the second shaft means 52 is the same as the second bevel gear 8 of the first shaft means 51 via the first bevel gear 6 of the second shaft means 52. Will be rotated in the direction. Therefore, by rotating the rotor 4 and rotating the output shaft member 5 of the first shaft means 51 about its axis, the second joint and the third joint are driven in conjunction with each other, and the second joint C is moved to the first joint. The third joint D can be tilted with respect to the second joint C with respect to B.

同様にして、n≧3として、第1軸手段51の第1の傘歯歯車6よりも先端に、第2〜第(n−1)軸手段の出力軸部材5を(n−2)個のユニバーサルジョイントを用いて順次連結すると共に、第n関節の軸上で第n節に第(n−1)軸手段の第2傘歯歯車8を固定すれば、ロータ4を回転させて第1軸手段51の出力軸部材5をその軸回りに回転させることにより、第3〜第n関節をそれぞれ駆動することができる。   Similarly, assuming that n ≧ 3, (n−2) output shaft members 5 of the second to (n−1) th shaft means are provided at the tip of the first bevel gear 6 of the first shaft means 51. If the second bevel gear 8 of the (n-1) -th axis means is fixed to the n-th node on the n-th joint axis, the rotor 4 is rotated and the first joint is rotated. By rotating the output shaft member 5 of the shaft means 51 around its axis, the third to n-th joints can be driven.

なお、上述の実施の形態では、第2節Cが第1節Bに対して傾動される方向と、第3節Dが第2節Cに対して傾動される方向とが同じであったが、これに限定されるものではなく、第2節Cが第1節Bに対して傾動される方向と、第3節Dが第2節Cに対して傾動される方向とは反対方向になるように構成することもできる。
また、n≧3として第n節が第(n−1)節に対して傾動される方向は、第(n−1)節が第(n−2)節に対して傾動される方向と同一方向、または反対方向になるように構成することができる。
In the above-described embodiment, the direction in which the second node C is tilted with respect to the first node B and the direction in which the third node D is tilted with respect to the second node C are the same. The direction in which the second node C is tilted with respect to the first node B is opposite to the direction in which the third node D is tilted with respect to the second node C. It can also be configured as follows.
The direction in which the n-th node is tilted with respect to the (n−1) -th node when n ≧ 3 is the same as the direction in which the (n−1) -th node is tilted with respect to the (n−2) -th node. It can be configured to be in the direction or in the opposite direction.

なお、この関節機構は、ロボットハンドの指だけでなく、ロボットの脚のように、複数の関節を有する各種の部分にも適用することができる。   Note that this joint mechanism can be applied not only to the fingers of the robot hand but also to various parts having a plurality of joints such as robot legs.

なお、上記の実施の形態の多自由度アクチュエータAにおいて、ステ―タ2とロータ4との接触は段差21であったが、この構成に限らない。楕円運動が伝達できれば平面で接触するようにしても曲面で接触しても良いし、環状でなくてもよい。
また、上記の実施の形態において、Z軸方向の縦振動、Y軸方向またはX軸方向のたわみ振動の代わりに、互いに直交しない複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させてロータ4を回転させることもできる。
また、上記の実施の形態では、X軸方向のたわみ振動、Y軸方向のたわみ振動、Z軸方向の縦振動をそれぞれ別の圧電素子部で発生させ、振動を合成させて複合振動を発生させていたが、一つの圧電素子部を複数に分極し、各分極電極に印加する電圧を個別にコントロールしても良い。すなわち位相、振幅などの異なる交流電圧を合成した電圧を各分極電極に印加して単一の圧電素子部で複合振動を発生させても良い。
また、ステータ2とロータ4との接触部分に楕円運動を発生させていたが、各軸方向の振幅を制御することで円運動を発生させても良い。
In the multi-degree-of-freedom actuator A according to the above-described embodiment, the contact between the stator 2 and the rotor 4 is the step 21, but the configuration is not limited to this. If the elliptical motion can be transmitted, the contact may be made on a flat surface, the contact may be made on a curved surface, or may not be annular.
In the above embodiment, instead of the longitudinal vibration in the Z-axis direction and the flexural vibration in the Y-axis direction or the X-axis direction, a composite vibration that combines a plurality of vibrations that are not orthogonal to each other is generated to rotate the rotor 4. You can also.
Further, in the above-described embodiment, the flexural vibration in the X-axis direction, the flexural vibration in the Y-axis direction, and the vertical vibration in the Z-axis direction are generated in separate piezoelectric element units, and the combined vibration is generated by combining the vibrations. However, a single piezoelectric element portion may be polarized into a plurality of pieces, and the voltage applied to each polarization electrode may be individually controlled. That is, a composite vibration may be generated by a single piezoelectric element portion by applying a voltage obtained by synthesizing alternating voltages having different phases and amplitudes to each polarization electrode.
Further, although the elliptical motion is generated at the contact portion between the stator 2 and the rotor 4, the circular motion may be generated by controlling the amplitude in each axial direction.

この発明の実施の形態に係るロボットの関節機構を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the joint mechanism of the robot which concerns on embodiment of this invention. 図1における関節機構の一部を省略したものを示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows what abbreviate | omitted a part of joint mechanism in FIG. 実施の形態における多自由度アクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the multi-degree-of-freedom actuator in embodiment. 実施の形態で用いられた複合振動子の構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the composition of the compound vibrator used in an embodiment. 実施の形態で用いられた複合振動子の3対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the polarization direction of three pairs of piezoelectric element plates of the composite vibrator used in the embodiment. 実施の形態の変形例に係るロボットの関節機構を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows the joint mechanism of the robot which concerns on the modification of embodiment. 実施の形態の別の変形例に係るロボットの関節機構を示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the joint mechanism of the robot which concerns on another modification of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 基部ブロック、2 ステータ、3 複合振動子、4 ロータ、5 出力軸部材、6 第1の傘歯歯車、7 プレート、8 第2の傘歯歯車、9 第3の傘歯歯車、10 第4の傘歯歯車、11 第5の傘歯歯車、12 第6の傘歯歯車、13 軸受け、14 第1保持部材、15 第2保持部材、16 第3保持部材、18 凹部、21 角部、31 第1の圧電素子部、32 第2の圧電素子部、33 第3の圧電素子部、41 第1のプーリー、42 第2のプーリー、43 ベルト、51 第1軸手段、52 第2軸手段、53 ユニバーサルジョイント、A 多自由度アクチュエータ、B 第1節、C 第2節、D 第3節、S1 第2関節の軸、S2 第3関節の軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base block, 2 Stator, 3 Composite vibrator, 4 Rotor, 5 Output shaft member, 6 1st bevel gear, 7 Plate, 8 2nd bevel gear, 9 3rd bevel gear, 10 4th Bevel gears, 11 fifth bevel gears, 12 sixth bevel gears, 13 bearings, 14 first holding members, 15 second holding members, 16 third holding members, 18 recesses, 21 corners, 31 1st piezoelectric element part, 32 2nd piezoelectric element part, 33 3rd piezoelectric element part, 41 1st pulley, 42 2nd pulley, 43 belt, 51 1st axis means, 52 2nd axis means, 53 Universal joint, A Multi-degree-of-freedom actuator, B Section 1, C Section 2, D Section 3, S1 Second joint axis, S2 Third joint axis.

Claims (5)

ステータ及びこのステータに接触配置され且つ第1関節として用いられる略球体状のロータを有すると共に、前記ステータを振動させることにより前記ロータを複数の軸回りに回転させる多自由度アクチュエータと、
前記多自由度アクチュエータのロータの表面に突出形成された出力軸部材の軸方向に形成された第1節と、
前記第1節の先端に第2関節を介して傾動可能に連結された第2節と、
前記出力軸部材のその軸回りの回転運動により前記第2関節を駆動させて前記第1節に対し前記第2節を傾動させる変換手段と、
前記出力軸部材のその軸回りの回転運動に伴って前記第2関節が前記出力軸部材と共に回転しないように前記第2関節を保持する保持手段と
を備え、前記多自由度アクチュエータのロータを回転させて、前記出力軸部材を前記ステータに対して傾動させることにより前記第2関節を駆動することなく前記第1節及び前記第2節を互いの相対姿勢を保持したまま前記ステータに対して傾動させ、前記出力軸部材をその軸回りに回転させることにより前記変換手段を介して前記第2関節を駆動させて前記第1節に対し前記第2節を傾動させることを特徴とするロボットの関節機構。
A multi-degree-of-freedom actuator having a stator and a substantially spherical rotor disposed in contact with the stator and used as a first joint, and rotating the rotor around a plurality of axes by vibrating the stator;
A first node formed in an axial direction of an output shaft member formed to protrude from the surface of the rotor of the multi-degree-of-freedom actuator;
A second node connected to the tip of the first node via a second joint so as to be tiltable;
Conversion means for driving the second joint by the rotational movement of the output shaft member around its axis to tilt the second joint relative to the first joint;
Holding means for holding the second joint so that the second joint does not rotate with the output shaft member as the output shaft member rotates about its axis, and rotates the rotor of the multi-degree-of-freedom actuator. By tilting the output shaft member with respect to the stator, the first joint and the second joint can be tilted with respect to the stator while maintaining the relative posture of each other without driving the second joint. And rotating the output shaft member about its axis to drive the second joint via the conversion means to tilt the second joint relative to the first joint. mechanism.
前記変換手段は、前記出力軸部材の先端に固定された第1の傘歯歯車と、前記第2関節の軸上で前記第2節に固定され且つ前記第1の傘歯歯車に噛合する第2の傘歯歯車とを有する請求項1に記載のロボットの関節機構。   The converting means includes a first bevel gear fixed to the tip of the output shaft member, and a first bevel gear fixed to the second joint on the shaft of the second joint and meshing with the first bevel gear. The joint mechanism of the robot according to claim 1, comprising two bevel gears. 前記保持手段は、前記ステータに対して前記第1節を傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持する第1保持部材と、前記第1節に対して前記第2節を傾動可能に且つその軸回りに回転しないように保持する第2保持部材とを含む請求項1または2に記載のロボットの関節機構。   The holding means is capable of tilting the first node relative to the stator and holding the first node so as not to rotate about its axis, and tilting the second node relative to the first node. The robot joint mechanism according to claim 1, further comprising a second holding member that holds the shaft so as not to rotate about the axis. n≧3として前記第2節の先端に第3〜第n関節を介して第3〜第n節が順次連結され、前記第2関節の駆動を前記第3〜第n関節に順次伝達する連動手段を備えた請求項1〜3のいずれか一項に記載のロボットの関節機構。   As n ≧ 3, the third to n-th nodes are sequentially connected to the tip of the second node via the third to n-th joints, and the driving of the second joint is sequentially transmitted to the third to n-th joints. The robot joint mechanism according to any one of claims 1 to 3, further comprising means. 前記多自由度アクチュエータは、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、前記複合振動子により前記ステータを振動させて前記ステータと前記ロータの接触部分に楕円または円運動を発生させることにより前記ロータが複数の軸回りに回転される請求項1〜4のいずれか一項に記載のロボットの関節機構。   The multi-degree-of-freedom actuator has a composite vibrator composed of a plurality of piezoelectric element plates stacked on each other, and the stator is vibrated by the composite vibrator to cause an elliptical or circular motion at a contact portion between the stator and the rotor. The robot joint mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotor is rotated around a plurality of axes by being generated.
JP2006249574A 2006-09-14 2006-09-14 Joint mechanism of robot Pending JP2008068367A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006249574A JP2008068367A (en) 2006-09-14 2006-09-14 Joint mechanism of robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006249574A JP2008068367A (en) 2006-09-14 2006-09-14 Joint mechanism of robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008068367A true JP2008068367A (en) 2008-03-27

Family

ID=39290408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006249574A Pending JP2008068367A (en) 2006-09-14 2006-09-14 Joint mechanism of robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008068367A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012066357A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Yaskawa Electric Corp Hand and robot

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012066357A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Yaskawa Electric Corp Hand and robot
US8757691B2 (en) 2010-09-24 2014-06-24 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Hand and robot

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8110967B2 (en) Spherical rotary piezoelectric motor
US5872417A (en) Multiple degrees of freedom vibration actuator
JPS5996881A (en) Motor device utilizing supersonic vibration
TWI314810B (en) Ultrasonic motor
JP5387775B2 (en) Driving method of joint device
JP4328412B2 (en) Vibration type actuator and vibration type drive device
JP4780770B2 (en) Vibration actuator
JP4788451B2 (en) Vibration actuator
JPS6311070A (en) Piezoelectric actuator
JP2008068367A (en) Joint mechanism of robot
JP4760660B2 (en) Object handling device
JP2004194487A (en) Vibration driving gear
JP2004120840A (en) Drive circuit and driver
JP4327620B2 (en) Multi-degree-of-freedom ultrasonic motor and preload device
JPH0226283A (en) Torque control mechanism
JPS60207469A (en) Supersonic motor
JP2008221345A (en) Robot hand
JP2014075955A (en) Driving device, robot device and exposure device
JP2667931B2 (en) Multi-degree-of-freedom actuator
JP2012100513A (en) Actuator
JP2004009281A (en) Joint actuator
JP2008072803A (en) Multi-freedom actuator
JP4724904B2 (en) Vibration actuator
JP4650221B2 (en) Multi-degree-of-freedom ultrasonic motor
JP2009044815A (en) Vibration actuator