JP5062675B2 - 可変剛性を有する関節機構 - Google Patents
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Description
図1(a)に示すように、関節機構は、アームaと、線形性を有する圧縮バネから成る弾性部材cと、弾性部材cの変位を回転軸oを通る直線t上のみに限定する機構bと、弾性部材cの付勢力でアームaを押すスライダdとから成る。アームaおよび弾性部材cは、回転軸oを中心に回転することができる。弾性部材cは、機構bにより、圧縮方向が常に回転軸oに向いている。弾性部材cの回転軸o側の一端に設けられたスライダdは、機構bにより、アームaの長さ方向に沿ったガイド部に沿って、直線u上をスライドする。ガイド部は、アームa上の直線uに沿って、回転軸oからアームaの長さ方向に対して垂直方向に所定の距離をあけて設けられている。弾性部材cの他端は、機構bにより、回転軸oとの距離が一定に保持されている。
図1に示すように、スライダ式加圧機構を一つ用いただけでは、アクチュエータによってスライダ式加圧機構に回転変位−φを与えると、スライダdがアームaを加圧するため、アームaも−φだけ回転してしまう。したがって、アームaを所定の位置に固定するために、図2に示すように、もう一つスライダ式加圧機構を用いる。これらを、スライダ式加圧機構I、スライダ式加圧機構IIと呼ぶ。図2(a)に示すように、スライダ式加圧機構Iに回転変位φを、スライダ式加圧機構IIに回転変位−φを与えると、アームaは回転しない。図2(b)に示すように、アームaを回転軸oまわりに角度θだけ回転させたい場合は、スライダ式加圧機構Iに回転変位θ−φを、スライダ式加圧機構IIに回転変位θ+φを与えることができる。また、φの値を調整することで、アームaの回転軸oまわりの剛性を変化させることもできる。
図3乃至図8は、本発明の実施の形態の可変剛性を有する関節機構を示している。
図3乃至図8に示すように、可変剛性を有する関節機構1は、ロボットアームの肘関節として製作されており、上腕2と前腕モデル3とスライダ式加圧機構4とアクチュエータ5とを有している。
可変剛性を有する関節機構1は、比較的簡単な構成を有しているため、重量やサイズを小さくすることができ、重量やサイズの制限を受けるロボットアームの関節機構1として搭載することができる。弾性部材43fによる関節軸41aに向かう付勢力の向きとモデルパイプ31との成す角度に応じて、前腕伝達機構42に作用する付勢力の大きさが変化して、関節軸41aの剛性が非線形に変化するため、関節軸41aすなわち関節の剛性を、高剛性から低剛性まで変化させることができる。
2 上腕
21 底板
22,23 側板
24 上板
25 関節板
3 前腕モデル
31 モデルパイプ
32 前腕用フランジ
33 フランジ固定具
4 スライダ式加圧機構
41 スライダガイド機構
41a 関節軸
41b ベアリング
41c 大プーリ
41d スライダガイド
41e ジョイントブロック
41f スプリングガイド
42 前腕伝達機構
42a 中央伝達部
42b,42c サイド伝達部
42d 中央レール溝
42e サイドレール溝
43 スライダ機構
43a スライダ本体
43b スライダシャフト
43c スライダサイド
43d ローラ
43e 止め輪
43f 弾性部材
5 アクチュエータ
51 DCモータ
52 減速機
53 小プーリ
54 固定板
55 アクチュエータマウント
56 アイドラ
Claims (2)
- 支持部材とアームと弾性部材とを有し、
前記アームは長さ方向に対して垂直な回転軸を中心として回転可能に前記支持部材に設けられ、長さ方向に沿ったガイド部を有し、前記ガイド部は前記回転軸から前記アームの長さ方向に対して垂直方向に所定の距離をあけて設けられ、
前記弾性部材は線形性を有する圧縮バネから成り、圧縮方向が常に前記回転軸に向くよう前記回転軸を中心として回転可能に前記支持部材に設けられ、前記回転軸に向かう付勢力を前記アームに作用させるとともに、前記付勢力の向きと前記アームとの成す角度を変更可能であり、前記回転軸を中心として回転するとき、前記回転軸側の一端が前記ガイド部に沿ってスライドし、他端と前記回転軸との距離が一定に保持されるよう構成され、前記付勢力の向きと前記アームとの成す角度に応じて、前記付勢力の大きさが変化して前記回転軸の剛性が非線形に変化することを、
特徴とする可変剛性を有する関節機構。 - 前記アームは前記ガイド部を1対有し、
前記弾性部材は1対から成り、前記回転軸を中心としてそれぞれ独立に回転可能であり、前記回転軸を中心として回転するとき、それぞれ前記一端が各ガイド部に沿ってスライドするよう構成されていることを、
特徴とする請求項1記載の可変剛性を有する関節機構。
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