JP4250538B2 - 揺動装置を有する多関節ロボット - Google Patents
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Description
図13A、図13Bは、従来例1として上記特許文献1に記載された振動ハンドを示す。
図16を用いて、従来例4を説明する。衛生陶器に穴あけする加工治具401がロボットアーム402の先端に超音波発生器412を介して取り付けられている。超音発生器412は加工治具401の先端を高速で振動させ、この先端部が接触する陶器表面を加工する。加工により発生する図示しない加工くずは、負圧発生器408により加工時具401の外部に取り出され、スムースな加工を可能としている。
上記多関節アームの先端部に取り付けられたエンドエフェクタと、
上記多関節アームの関節状態情報に基づき上記多関節アームの先端部の動特性を計算し上記先端部の振動状態を推定する振動状態推定装置と、
上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに取り付けられて、上記振動状態推定装置により推定された上記先端部の振動状態に基づき位相と振幅を制御した振動を上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに付与する揺動装置とを有して、
上記多関節アームが少なくとも1つの関節のコンプライアンスを他の関節のコンプライアンスよりも下げるように動作するとともに、
さらに、
上記揺動装置が上記コンプライアンスを下げた上記関節の共振周波数より大きな周波数の振動を当該関節に付与できるような位相と振幅を含む振動指令が入力されて、入力された上記振動指令より、上記振動指令を実現する上記揺動装置に対する位相と振幅の指令値を生成する振動スケジューラと、
上記振動スケジューラから入力された、上記揺動装置に対する位相と振幅の指令値を基に上記揺動装置を動作制御する振動コントローラとを有して、
上記揺動装置により付与されて発生した上記振動の振動力の方向と上記振動の周期と振幅とを上記多関節アームの動作と連携させるロボット装置を提供する。
上記多関節アームの先端部に取り付けられたエンドエフェクタと、
上記多関節アームの上記先端部に取り付けられて上記先端部の振動状態を推定する振動状態推定装置と、
上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに取り付けられて、上記振動状態推定装置により推定された上記先端部の振動状態に基づく振動を上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに付与する揺動装置とを有するロボット装置を提供する。
上記動特性推定器で推定された上記多関節アームの動特性に応じて、上記揺動装置によって発生する力を制御して上記エンドエフェクタに揺動効果を発生させることを特徴とする第1の態様に記載のロボット装置を提供する。
上記動特性推定器で推定された上記多関節アームの動特性に応じて、上記揺動装置によって生じる振動力を制御して上記エンドエフェクタに振動を発生させ、上記エンドエフェクタに接触している物体との摩擦状態を制御可能とすることを特徴とする第1の態様に記載のロボット装置を提供する。
上記残留振動検出部で検出された残留振動に応じて上記揺動装置による振動力を制御して上記多関節アームの位置決め制御時の残留振動を低減することを可能とすることを特徴とする第1の態様に記載のロボット装置を提供する。
上記動特性推定器で推定された上記多関節アームの動特性に応じて上記揺動装置によって生じる振動力を制御して上記多関節アームの関節部に振動を発生させ、上記多関節アームの関節部における摩擦状態を制御可能なことを特徴とする第1の態様に記載のロボット装置を提供する。
図1は、本発明の第1実施形態におけるロボット装置の概念図である。図1に於いて、多関節アーム1の先端部にエンドエフェクタ2が設置されている。多関節アーム1は、関節にコンプライアンスを持つものとする。揺動装置3は、周波数可変であり、多関節アーム1の略先端部又はエンドエフェクタ2に取り付けられるものとし、その個数は1個又は複数としてもよい。また、振動方向は同一又は異なっていても良い。
図6は、本発明の第2実施形態のロボット装置においての面作業の図である。第2実施形態では、作業対象が床面や壁面などとし、例えば窓ふき作業、床ふき作業など面に対して相対速度を有して作業を行う場合とする。
図9は、本発明の第3実施形態のロボット装置においての構成図である。第3実施形態では、上記振動状態推定装置の他の例として、上記多関節アーム1の上記先端部の振動状態を推定するために、上記多関節アーム1の上記先端部のエンドエフェクタ2の残留振動を検出する残留振動検出部70を有する場合について説明する。
図11は、本発明の第4実施形態の多関節ロボット装置の構成図である。ラバーアクチュエータやメカノケミカルアクチュエータ(人工筋肉)を用いた関節駆動においては、関節にかかる力を制御することによって、ある程度関節のコンプライアンスを変化しうる。また、図3に示す拮抗型のアクチュエータの場合には、ワイヤ11の張力レベルを増減させることによって関節のコンプライアンスを変化でき、張力0の場合には、フリー関節とする事ができる。
2 エンドエフェクタ
3 揺動装置
4 流体注入出部材
5 封止部材
6 管状弾性体
7 拘束部材
8 固定端
9 マッキベン型空気圧アクチュエータ
10 マッキベン型空気圧アクチュエータ
11 ワイヤ
12 関節部
13 被作業物体
14 床面
60 作業スケジューラ
61 アームコントローラ
61P アーム位置コントローラ
61F アーム力コントローラ
62 動特性推定器
63 振動スケジューラ
64 振動コントローラ
65 流体注入出駆動装置
111 アーム取付板
112 中間振動板
113 平行ばね
114 歪ゲージ
115 取付けブロック
116 圧電素子
117 取付板
118 演算処理部
119 制御ユニット
120 挿入ピン
121 挿入孔
C1 面取り
C2 面取り
δ 位置決め誤差
203 水平多関節ロボット
210 ネジ締結作業ツール
230 部品供給装置
231 加振部
232 ネジ貯蓄ケース
241 ガイドレール
243 ネジ押さえ
304 添加剤収容缶
306 チャック
314 バイブレータ
316 ステージ
324 モータ
326 ラックピニオン機構
401 加工治具
402 ロボットアーム
408 負圧発生器
412 超音波発生器
Claims (5)
- コンプライアンスを持つ関節を複数個有する多関節アームと、
上記多関節アームの先端部に取り付けられたエンドエフェクタと、
上記多関節アームの関節状態情報に基づき上記多関節アームの先端部の動特性を計算し上記先端部の振動状態を推定する振動状態推定装置と、
上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに取り付けられて、上記振動状態推定装置により推定された上記先端部の振動状態に基づき位相と振幅を制御した振動を上記多関節アームの上記先端部の近傍又は上記エンドエフェクタに付与する揺動装置とを有して、
上記多関節アームが少なくとも1つの関節のコンプライアンスを他の関節のコンプライアンスよりも下げるように動作するとともに、
さらに、
上記揺動装置が上記コンプライアンスを下げた上記関節の共振周波数より大きな周波数の振動を当該関節に付与できるような位相と振幅を含む振動指令が入力されて、入力された上記振動指令より、上記振動指令を実現する上記揺動装置に対する位相と振幅の指令値を生成する振動スケジューラと、
上記振動スケジューラから入力された、上記揺動装置に対する位相と振幅の指令値を基に上記揺動装置を動作制御する振動コントローラとを有して、
上記揺動装置により付与されて発生した上記振動の振動力の方向と上記振動の周期と振幅とを上記多関節アームの動作と連携させるロボット装置。 - 上記振動スケジューラは、上記振動状態推定装置により推定された上記多関節アームの上記先端部の振動状態が振幅の最大位置にあるときに揺動による慣性力が最大になるように揺動の位相と振幅を制御するような振動指令が与えられて、入力された上記振動指令より、上記振動指令を実現する上記揺動装置の位相と振幅の指令値を生成し、
上記振動コントローラは、入力された位相と振幅の上記指令値を基に上記揺動装置を動作制御する、請求項1に記載のロボット装置。 - 上記振動状態推定装置は、上記関節状態情報と目標の関節状態情報とを比較し、上記多関節アームの上記先端部の上記振動状態の振動成分の分析を行い、動特性を計算する請求項1又は2に記載のロボット装置。
- 上記関節状態情報とは、上記多関節アームの上記先端部の位置、速度、加速度、関節の位置、速度、加速度である請求項3に記載のロボット装置。
- 上記振動状態推定装置によって分析されて推定された上記多関節アームの上記先端部の動特性が入力されて、入力された上記多関節アームの上記先端部の上記動特性を基に、目標値又はゲインを変更するとともに上記振動スケジューラに対して振動指令を出力する作業スケジューラをさらに有して、
上記作業スケジューラは、上記多関節アームが力制御により上記多関節アームの先端部を外環境に押しつける際に、押しつけられた上記先端部と上記外環境の接触面間に上記揺動装置の振動により相対速度が発生するよう、上記多関節アームの上記先端部の作業面との相対速度が短くなるような振動を計画して、上記多関節アームと上記振動スケジューラへ指令を行い、上記振動スケジューラは、上記作業スケジューラから入力された上記振動指令より、上記振動コントローラへ信号を出力し、上記振動コントローラは、上記振動スケジューラからの入力信号を基に上記揺動装置を振動させる
請求項4に記載のロボット装置。
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