JP5195054B2 - アームの関節、及びそれを有するロボット - Google Patents
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Description
まず、図1、図2を参照しながら、本発明の実施の形態1におけるアームの関節について説明する。なお、ここではアームの関節、特にロボットアームの関節について説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々のアームの関節に適用が可能である。
傘歯車9a、9bと第2の傘歯車10は、ともに同一形状、同一寸法に形成されている。また、第2の傘歯車10は、第1の傘歯車9a、9bの双方と噛み合う位置に配置され、第2軸8と一体的に形成されており、その端部に形成されたネジ部(不図示)を利用して、第2アーム2と一体的に剛結合されている。また、第1a軸5a、第1b軸5bの中間部付近には、ウォームホイール11a、11bがそれぞれ剛に固定されている。
bを駆動制御する。また、制御装置23は、回転角度センサ30a、30bから得た第1a軸5a、第1b軸5bの回転角度情報に基づいて、第1アーム1に対する第2アームの位置、姿勢を検知することができる。回転角度センサ30a、30bには、例えば、抵抗素子と摺動タップから構成されるポテンショメータ、符号板とフォトセンサとから構成される光学式エンコーダ、ホール素子や磁気抵抗素子とN、S2極着磁の回転磁石とを用いた磁気式エンコーダなどを使用することができる。特に、光学式エンコーダや磁気式エンコーダは出力がディジタル信号である為、ノイズに強く、回転角度と回転角速度を検出することができる。また、ポテンショメータの場合は、例えばコンダクティブ(導電)プラスチック型ポテンショメータを使用することが望ましい。コンダクティブプラスチック型ポテンショメータは、角度分解能が高く、耐摩耗性にも優れ、高速追従性にも優れている。
は、下式(1)、(2)となる。
θr=1/2(θa―θb)・・・・(2)
ここで、第1a軸5a、第1b軸5bの回転、すなわち、第1傘歯車9a、9bの回転が同方向、同回転角度であった場合、回転角度θa、θbは、θa=θbとなるので、式(1)、式(2)より、第2アーム2は第1アーム1に対して、旋回角度θp=θa=θb、回転角度θr=0の動作を行うことになる。一方、第1a軸5a、第1b軸5bの回転、すなわち、第1傘歯車9a、9bの回転が逆方向、同回転角度であった場合、回転角度θa、θbは、θa=―θbとなるので、式(1)、式(2)より、第2アーム2は第1アーム1に対して、旋回角度θp=0、回転角度θr=θa=―θbの動作を行う。また何れの場合も、回転角度θa、θbに相対角度差がある場合は、式(1)、式(2)から求められる角度に基づき、第2アーム2は第1アーム1に対して旋回しつつ回転を行うことになる。
1a軸5a、第1b軸5b等を通じて、第1a軸5a、第1b軸5bと剛に結合されているウォームホイール11a、11bに、それぞれ回転力O、O’として伝達される。この内、回転力O’は、図4(c)に示すように、ウォームホイール11aとウォーム12aの噛み合い部を通じて、ウォーム12aに並進力P’を発生させる。この時、この並進力P’が必要以上の力であった場合は、ウォーム12aが軸線L3a方向に摺動し、その両端に配置されたバネ16aの弾性作用によって、その力が吸収緩和される。なお、回転力Oに対するウォーム11bの吸収緩和動作は、先に説明した第1の例(図3(c))と同様であるので説明を省略する。
目標値などの操作指令を入力する(S100)。
駆動制御する(S102)。
目標値などの操作指令を入力する(S200)。
θaおよびΔθbとも、一定時間ゼロでない場合は、外部環境との「衝突なし」と判断し、S102に戻り、引き続き関節の駆動制御を続行する。
次に、図7、8を参照しながら、本発明の実施の形態2におけるロボットアームの関節について説明する。図7は、本発明の実施の形態2におけるロボットアーム関節の概略断面図、図8は、同ロボットアーム関節の衝突検知動作を説明するフローチャートである。
、33bから得た各軸の回転角度情報(回転角度、回転角速度等)に加え、第2回転角度センサ25a、25bから得た各モータの回転角度情報(回転角度、回転角速度等)とに基づいて、各種プログラムを実行しつつ、モータドライバ(不図示)を介して駆動源21a、21bを駆動制御する。このように駆動源21a、21bの駆動制御に、第2回転角度センサ25a、25bから得た各モータの回転角度情報も用いることにより、より精度の高いロボットアーム関節の駆動制御を行うことが可能となる。
23は、外部環境との「衝突なし」と判断し、次に操作指令が満足されたかどうかの判断に進む(S310)。
2 第2アーム
3 中間アーム
4,6,7,13a,13b 軸受け
5a,5b 第1a軸、第1b軸(差動入力軸)
8 第2軸(差動出力軸)
9a,9b 第1傘歯車
10 第2傘歯車
11a,11b ウォームホイール
12a,12b,31a,31b ウォーム
14a,14b 駆動軸
15a,15b バネ座
16a,16b バネ
17a,17b,18a,18b,26a,26b 支持壁
20a,20b,21a,21b ギア
21a,21b 駆動源
22a,22b 出力軸
23 制御装置
24 入力部
25a,25b 第2回転角度センサ
30a,30b 回転角度センサ
32 粘性物質(速度抵抗手段)
33a,33b 第1回転角度センサ
Claims (9)
- 直交する2つの回転軸周りに相対回転可能に連結された第1リンク、第2リンクと、
前記第1リンク側の回転軸である差動入力軸としての第1a軸、第1b軸と、
前記第2リンク側の回転軸である差動出力軸としての第2軸と、
前記第1a軸、第1b軸及び第2軸を直交する2つの前記回転軸周りに回転させる差動歯車機構と、
前記第1a軸、第1b軸の夫々端部に固定されて夫々の前記第1a軸、第1b軸の回転角度情報を計測する一対の回転角度センサと、
前記第1a軸、第1b軸に夫々固定された一対のウォームホイールと、
回転軸の並進方向と回転方向に移動自在に支持されると共に一対の前記ウォームホイールに夫々係合する一対のウォームと、を備え、
前記第1リンク及び/又は第2リンクの外部環境への衝突または接触による衝撃力を一対の前記ウォームの並進移動により吸収緩和すると共に、前記回転角度センサの出力信号に基づいて衝突を検知することを特徴とする
アームの関節。 - 中間リンクを介して連結された第1リンク、第2リンクと、
一端が前記第1リンクに回転自在に支持されると共に他端が前記中間リンクに回転自在に連結された互いに同一直線上にある第1a軸、第1b軸と、
一端が前記中間リンクに回転自在に支持されると共に他端が前記第2リンクに固定された第2軸と、
前記第1a軸、第1b軸の夫々の一端に向かい合って固定された一対の第1傘歯車と、
前記第1a軸、第1b軸の中間に固定されると共に一対の前記第1傘歯車を夫々駆動させるウォームホイールと、
前記第2軸の一端に固定されると共に前記一対の第1傘歯車と係合して該一対の第1傘歯車の回転方向及び/又は速度に基づき自転または公転する第2傘歯車と、
前記夫々のウォームホイールに係合すると共に回転軸の並進方向と回転方向に移動自在に支持された一対のウォームと、
前記第1a軸、第1b軸の他端に固定されると共に前記第1a軸、第1b軸の回転角度情報を計測する一対の回転角度センサと、を備え、
前記第1リンク及び/又は第2リンクの外部環境への衝突または接触による衝撃力を一対のウォームの並進移動により吸収緩和すると共に、前記回転角度センサの出力信号に基づいて衝突を検知することを特徴とする
アームの関節。 - 前記第1リンク及び/又は第2リンクにおける衝突の検知は、前記回転角度センサの出力信号から得られる前記第1a軸、第1b軸の夫々の回転角加速度Aθa、Aθbの少なくとも一方が、通常動作時に前記第1a軸、第1b軸に発生可能な最大回転角加速度以上であるか否かに基づき行われることを特徴とする
請求項1または2に記載のアームの関節。 - 前記第1リンク及び/又は第2リンクにおける衝突の検知は、前記回転角度センサの出力信号から得られる前記第1a軸、第1b軸の夫々の回転角度変位Δθa、Δθbの少なくとも一方が、ゼロであるか否かに基づき行われることを特徴とする
請求項1または2に記載のアームの関節。 - 前記第1リンク及び/又は第2リンクにおける衝突の検知は、前記回転角度センサの出力信号から得られる前記第1a軸、第1b軸の夫々の回転角速度Vθa、Vθbの少なくとも一方が、ゼロであるか否かに基づき行われることを特徴とする
請求項1または2に記載のアームの関節。 - 中間リンクを介して連結された第1リンク、第2リンクと、
一端が前記第1リンクに回転自在に支持されると共に他端が前記中間リンクに回転自在に連結された互いに同一直線上にある第1a軸、第1b軸と、
一端が前記中間リンクに回転自在に支持されると共に他端が前記第2リンクに固定された第2軸と、
前記第1a軸、第1b軸の一端に向かい合って固定された一対の第1傘歯車と、
前記第1a軸、第1b軸の中間に固定されると共に前記第1傘歯車を夫々駆動するウォームホイールと、
前記第2軸の一端に固定されると共に前記一対の第1傘歯車と係合して該第1傘歯車の回転方向及び/又は速度に基づき自転または公転する第2傘歯車と、
前記夫々のウォームホイールに係合すると共に回転軸の並進方向と回転方向に移動自在に支持された一対のウォームと、
前記夫々のウォームを回転駆動させると共に前記第1リンク内に並設して設けられた一対の駆動源と、
前記第1a軸、第1b軸の他端に固定されると共に前記一対の駆動源の駆動制御信号として前記第1a軸、第1b軸の回転角度情報を計測する一対の第1回転角度センサと、
前記駆動源の端部に固定されると共に前記一対の駆動源の駆動制御信号として前記駆動源の回転角度情報を計測する一対の第2回転角度センサと、を備え、
前記第1リンク及び/又は第2リンクの外部環境への衝突または接触による衝撃力を前記一対のウォームの並進移動により吸収緩和すると共に、前記第1回転角度センサの出力信号と前記第2回転角度センサの出力信号とに基づいて衝突を検知することを特徴とする
アームの関節。 - 前記第1リンク及び/又は第2リンクにおける衝突の検知は、前記第1回転角度センサの出力信号から得られる前記第1a軸、第1b軸の夫々の実回転角度θa、θbと、前記第2回転角度センサの出力信号から得られる前記第1a軸、第1b軸の夫々の駆動回転角度θam、θbmとの差分(θa―θam)、(θb−θbm)の少なくとも一方が、ゼロであるか否かに基づき行われることを特徴とする
請求項6記載のアームの関節。 - 前記一対のウォームが、その回転軸に対する並進方向の移動に対する相対移動速度に応じた抵抗を発生する速度抵抗手段をさらに備えたことを特徴とする、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のアームの関節。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のアームの関節を有する
ロボット。
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