JPH01103283A - Joint type manipulator - Google Patents
Joint type manipulatorInfo
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- JPH01103283A JPH01103283A JP25716987A JP25716987A JPH01103283A JP H01103283 A JPH01103283 A JP H01103283A JP 25716987 A JP25716987 A JP 25716987A JP 25716987 A JP25716987 A JP 25716987A JP H01103283 A JPH01103283 A JP H01103283A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は多自由度マニピュレータに係り、特に停止時の
高精度化と可搬重量の拡大とを両立させるのに好適な、
直接駆動用モータ・減速機つきモータ併設の多関節型マ
ニピュレータに関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a multi-degree-of-freedom manipulator, and in particular, a manipulator suitable for achieving both high precision during stopping and increased payload.
This article relates to an articulated manipulator equipped with a direct drive motor and a motor with a speed reducer.
従来の直接駆動方式マニピュレータでは日経メカニカル
Ｎｌ ２０４ ＰＰ １３８−１４０に記載のように、
同一の回転軸に直接駆動用モータと減速機つきモータと
の２ｆ１１類の駆動手段を備えつけた構造とし、直接駆
動用モータによる高精度位置決めを行なうとともに、停
止状態において直接駆動用モータに発生しているトルク
をセンナで検出し、これを減速機つきモータが替わりに
発生することで重力補償を行ない、可搬重量の拡大を図
っていた。In the conventional direct drive type manipulator, as described in Nikkei Mechanical Nl 204 PP 138-140,
The structure is equipped with a 2F11 class drive means, including a direct drive motor and a motor with a reduction gear, on the same rotating shaft, and the direct drive motor performs high-precision positioning, as well as prevents damage caused by the direct drive motor when it is stopped. The sensor detects the torque generated by the vehicle, and a motor with a reduction gear generates the torque instead, thereby compensating for gravity and increasing the payload.
しかし上記従来技術は、リンクの側から減速機出力軸を
通して減速機つきモータ出力軸を変位させるためには、
減速効果のなめに非常に大きなトルクが必要となるうえ
、減速機内部で発生する摩擦にうちかつためのトルクも
必要とされる点に対して配慮がされていない、このため
、停止時の微小な位置修正のために直接駆動用モータが
トルクを発生しても、減速機出力軸を変位させることは
困難であり、これと結合しているリンクも変位しない、
実際にリンクが変位するのは、上記トルクをセンナが検
出して、それと等価なトルクを減速機つきモータが発生
することで可能となる。従ってリンクの停止位置決めは
減速機つきモータによりなされることになり、直接駆動
方式の利点である高精度位置決め特性が失なわれてしま
うという問題があった。However, in the above conventional technology, in order to displace the output shaft of a motor with a reducer through the reducer output shaft from the link side,
No consideration was given to the fact that a very large torque is required to achieve the deceleration effect, and that torque is also required to overcome the friction generated inside the reducer. Even if the direct drive motor generates torque to correct the position, it is difficult to displace the reducer output shaft, and the link connected to it does not displace.
The actual displacement of the link is made possible when the sensor detects the torque and the motor with a speed reducer generates a torque equivalent to the torque. Therefore, the stop positioning of the link is performed by a motor with a reduction gear, and there is a problem in that the high precision positioning characteristic, which is an advantage of the direct drive system, is lost.
又、従来技術では、停止時において重力補償をするため
のセンサ及びトルク発生指令出力の必要があり、装置構
成及び制御方式が複雑になる問題があった。Further, in the conventional technology, a sensor for gravity compensation and a torque generation command output are required when the vehicle is stopped, resulting in a problem that the device configuration and control method become complicated.
本発明の第一の目的は、停止時の微小な位置修正が直接
駆動用モータの発生するトルクによってもなされるよう
にし、もって高精度位置決め特性を失なうことなく可搬
重量の拡大を図った関節型マニピュレータを実現するこ
とＫある。The first object of the present invention is to enable minute positional corrections during stoppage to be made using the torque generated by the direct drive motor, thereby increasing the payload without losing high-precision positioning characteristics. It is possible to realize an articulated manipulator.
第二の目的は、上記２種類の駆動手段をもつリンクが複
数個存在する関節型マニピュレータにおいても、それぞ
れのリンクの停止位置決め精度を高め、もって高精度及
び可搬重量の拡大を実現した関節型マニピュレータを実
現することにある・又、第三の目的は、上記２種類の駆
動手段を設けたことによるリンク重量の増大が、重力ト
ルク補償の必要性を高めることのない構造とし、もりて
上記関節型マニピュレータの可搬重量の拡大を実現する
ことｋある。The second objective is to improve the stopping positioning accuracy of each link even in an articulated manipulator that has multiple links with the two types of drive means mentioned above, thereby realizing high precision and increased payload. The third objective is to create a manipulator that does not increase the need for gravitational torque compensation due to the increase in link weight due to the provision of the two types of drive means described above, and to It is possible to increase the payload of an articulated manipulator.
上記目的の第一項は、減速機を備えた駆動手段の減速機
出力軸からリンク回転軸に駆動力を伝達する伝達部にあ
そび特性を設けることで達成される。ここであそび特性
は、減速機出力軸とリンク回転軸とを、ゴムベルトもし
くはバックラッシュを強調した歯車等忙より結合するこ
とで実現できる。又、第二項は、それぞれのリンクの回
転軸とそれを駆動している減速機出力軸との間の伝達部
に、上記のあそび特性をもつ伝達手段を用いることで達
成できる。The first aspect of the above object is achieved by providing a play characteristic in a transmission section that transmits driving force from a reducer output shaft of a drive means equipped with a reducer to a link rotating shaft. Here, the play characteristics can be realized by connecting the reducer output shaft and the link rotating shaft with a rubber belt or a gear that emphasizes backlash. Moreover, the second term can be achieved by using a transmission means having the above-mentioned play characteristics in the transmission section between the rotating shaft of each link and the output shaft of the reduction gear driving the link.
又、第三項については、減速機を備えた駆動手段を、対
応する直接駆動手段と重力的につり合う位置の付近忙配
置することで達成できる。これは減速機を備えた駆動手
段を、自らが駆動するリンクより１つ基部側のリンク上
の、回転軸を中心として両リンク連接部と反対の側に備
えつけることにより実現できる。Furthermore, the third item can be achieved by arranging the drive means provided with the speed reducer near a position where it is in gravitational balance with the corresponding direct drive means. This can be realized by providing a drive unit equipped with a speed reducer on the link one base side of the link it drives, on the opposite side of the link connecting portion with respect to the rotation axis.
減速機を備えた駆動手段はリンクの目標角に応じて回転
して減速機出力軸を回転させ、こ才１によっで駆動力伝
達部を介してリンク回転軸が回転してリンクを目標位置
に位置決めする。位置決めが安定するまでは減速機出力
軸はリンク回転軸に対して変位し続けて駆動力伝達部の
もつあそび特性の範囲を越えるため、リンク回転軸には
駆動力が伝わり、減速機出力軸に追随して変位してゆく
・一方直接駆動手段はリンクと一体化しており、これを
目標角度に位置決め制御するととｋより正確なリンク位
置決めがなされる。直接駆動手段は上記減速機を備えた
駆動手段忙よる位置決めが安定した状態において原動力
が与えられ、減速機内での角度誤差などに起因する微小
な位置決め誤差の修正を行ない、リンクを最終的に位置
決めする。The drive means equipped with a speed reducer rotates according to the target angle of the link to rotate the speed reducer output shaft, and the link rotary shaft is rotated by the rotor 1 via the drive force transmission section to move the link to the target position. position. Until the positioning is stabilized, the reducer output shaft continues to be displaced relative to the link rotating shaft and exceeds the play characteristics of the drive force transmission section, so the driving force is transmitted to the link rotating shaft and the reducer output shaft On the other hand, the direct drive means is integrated with the link, and when it is controlled to position it at the target angle, more accurate link positioning is achieved. The direct drive means is provided with driving force when positioning by the drive means equipped with the speed reducer is stable, corrects minute positioning errors caused by angle errors within the speed reducer, and finally positions the link. do.
この微小角度の修正動作が駆動力伝達部のもつあそび特
性の範囲内で行なわれるようにあそび特性の巾を設定す
ることにより、減速機出力軸を変位させずＫ １７ンク
角度の修正が可能となり、直接駆動手段が単独で位置決
めしているのと同等の高精度位置決め特性が保証される
。又、リンク回転時には回転のためのトルクは減速機を
備えた駆動手段が発生しており、直接駆動手段が単独で
トルクを発生するのに比べて可搬重量の拡大が達成され
ている。By setting the width of the play characteristic so that this minute angle correction operation is performed within the range of the play characteristic of the drive force transmission section, it becomes possible to correct the K17 link angle without displacing the reducer output shaft. , high-precision positioning characteristics equivalent to those achieved by positioning by the direct drive means alone are guaranteed. Further, when the link rotates, the torque for rotation is generated by a driving means equipped with a speed reducer, and the payload capacity is increased compared to when the direct driving means generates torque by itself.
直接駆動手段は自らが駆動するリンクより１つ基部側の
リンクの駆動に対して直接の負荷となる。The direct drive means directly applies a load to the drive of the link that is one step closer to the base than the link that it drives.
これに対して、上記の直接駆動手段と同じリンクを駆動
する減速機つき駆動手段を、上記基部側のリンク上の回
転軸を中心として反対側に備えつけること釦より、２種
類の駆動手段は重力の影響を互いに打ち消すよ５に作用
する。従って、駆動手段の数が増えたことによる重力補
償の必要性は却って小さくなり、停止時で必要とされる
トルクが小さ（てすむ、これＫより停止時忙直接駆動手
段が位置決め制御動作を行なうのにトルクが不十分とな
る問題が生じ忙＜＜なり、微小角度の修正動作の連応性
が達成される。On the other hand, by installing a drive means with a reducer that drives the same link as the above-mentioned direct drive means on the opposite side of the rotation axis on the link on the base side, two types of drive means are available. 5 to cancel out the effects of gravity. Therefore, the need for gravity compensation due to the increase in the number of drive means is rather small, and the torque required at a stop is small. However, the problem of insufficient torque arises, and coordination of correction operations for minute angles is achieved.
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第１図は本発明による３自由度多関節型マニピュレータ
の機構外観の概念図である。ここで１０はマニピュレー
タ基部であり、２０．３α４（Ｌはそれぞれ第。FIG. 1 is a conceptual diagram of the mechanical appearance of a three-degree-of-freedom articulated manipulator according to the present invention. Here, 10 is the manipulator base, and 20.3α4 (L is the number, respectively.
１、第２＃第５リンクである。３１及び４１がそれぞれ
３０．４０を駆動する直接駆動手段であるモータ。1, 2nd #5th link. Motors 31 and 41 are direct drive means driving 30.40 respectively.
２２、３２．４２がそれぞれ２０．３０．４０を減速機
２３．５５．４５とゴムペル） ２４．５４．４４とを
介して駆動する駆動手段であるモータである０通常の６
自由度構成のマニピュレータの手首部を省略した図であ
り、手首部の３自由度についても、第２リンク３０に対
して第３リンク系４０．４１４２．４＆ ４４をとりつ
けるのと同様にしてリンクを増設してゆ（ことにより実
現が可能である。なお、この図は概要図であるため第１
リンク２０の一部及び各モータの軸受は部分が省。22, 32.42 are motors that drive 20.30.40 respectively through reducers 23.55.45 and rubber pels) 24.54.44 0 Normal 6
This is a diagram with the wrist part of the manipulator configured with degrees of freedom omitted, and for the three degrees of freedom of the wrist part, the links are attached in the same way as the third link system 40.4142.4 & 44 is attached to the second link 30. This can be achieved by expanding the
A portion of the link 20 and the bearings of each motor are omitted.
略されている。又、第１リンク２０の直下にあたる基部
１０の内部に、第１リンクの直接駆動モータか設置され
ているが同図では省略している。It is omitted. Further, a direct drive motor for the first link is installed inside the base 10 directly below the first link 20, but it is omitted in the figure.
同図のマニピュレータ忙おいてそれぞれのリンク２０．
３０．４０は２種類の駆動手段２１及び２２．３１及び
３２．４を及び４２をも°つ、 ２ｔ３ｔ４１はリンク
軸に直結された直接駆動モータで、２２．３２．４２は
減速機を備えたモータである。The manipulator in the figure is busy and each link 20.
30.40 has two types of drive means 21 and 22.31 and 32.4 and 42, 2t3t41 is a direct drive motor directly connected to the link shaft, and 22.32.42 is equipped with a speed reducer. It's a motor.
マニピュレータが移動中には上記２種類の駆動手段のう
ち減速機を備えたモータ２２．５２．４２に動力を供給
するが、直接駆動モータ２ｔＳｔ ４１には動力を供給
しない、減速機を備えたモータは指令値に基いてマニピ
ュレータの回転位置決めを行なうが、減速機２５．５３
．４５のガタ、バックラッシュ摩擦によりリンク２α３
０．４０の停止位置は目標位置からの偏差を残している
場合が殆んどである。A motor with a speed reducer that supplies power to the motor 22.52.42 with a speed reducer of the two types of drive means mentioned above while the manipulator is moving, but does not power the direct drive motor 2tSt 41. The rotation position of the manipulator is determined based on the command value, but the reduction gear 25.53
．． 45 play, link 2α3 due to backlash friction
In most cases, the stop position of 0.40 remains a deviation from the target position.
上記の回転位置決めが安定した後、直接駆動モータにも
動力が供給され、上記偏差をゼロとするように直接駆動
モータによる位置修正がなされるが、このとき、減速機
出力軸２３．５５．４５とリンクとの間の駆動力伝達用
のゴムペル） ２４．５４．４４に図２αに示すあそび
特性が存在するため、このあそびの巾±Ｄの範囲内の位
置修正については減速機出力軸を変位させることなく行
なうことが可能で、直接駆動モータに大きなトルクを必
要としな−〜。After the rotational positioning described above is stabilized, power is also supplied to the direct drive motor, and the position is corrected by the direct drive motor so as to make the above deviation zero. At this time, the reduction gear output shaft 23.55.45 (rubber pel for driving force transmission between It is possible to do this without causing any damage, and does not require large torque from the direct drive motor.
又、リンク３０において、リンク４０と直接駆動モータ
４１、及び減速機を備えたモータ４２．４３が、互いに
重力に対してつり合う向きの位置に６ｒ’、＃されてい
るため、停止時忙重カトルク補償をする必要が小さくな
る。従って、停止時の位置決めが直接駆動モータ５１単
独で行ないうる負荷重量範囲が拡大される。これはリン
ク４０においても同様である。In addition, in the link 30, the link 40, the direct drive motor 41, and the motors 42 and 43 equipped with a speed reducer are positioned at 6r' so that they are balanced against each other with respect to gravity. The need for compensation is reduced. Therefore, the load weight range in which positioning during stoppage can be performed by the direct drive motor 51 alone is expanded. This also applies to the link 40.
以上のように本実施例によれば停止時の高精度化が直接
駆動方式のマニピュレータと同等ＶＣ達成され、しかも
回転位置決めにおける高速性と可搬算量の拡大が実現さ
れる効果がある。As described above, according to this embodiment, high precision during stopping can be achieved with a VC equivalent to that of a direct drive type manipulator, and furthermore, high speed in rotational positioning and expansion of the payload capacity are achieved.
次に、第１図の駆動力伝達手段であるゴムペル） ２４
．５４．４４のかわりとなる、あそび特性をもつ駆動力
伝達手段の実施例について述べる。第２図すに示すのは
、リンク回転軸において±Ｄのバックラッシュをもつ歯
車のあそび特性である。このような歯車な用いることに
よっても、直接駆動モータ忙よるリンク位置の修正時に
、減速機出力軸を １変位させずにすむため、第一の実
施例と同等の効果が達成される。Next, the rubber pel which is the driving force transmission means in Fig. 1) 24
．． An example of a driving force transmission means having play characteristics, which is an alternative to 54.44, will be described. Figure 2 shows the play characteristics of a gear with backlash of ±D on the link rotation axis. By using such a gear, the same effect as in the first embodiment can be achieved because the reduction gear output shaft does not need to be displaced by one position when the link position is corrected due to the direct drive motor.
第３図には、第１図の構成の関節型マニピュレータの＠
３１Ｊンクの駆動手段の構成図を示す、同図のようにゴ
ムペル） ３４．４４．をリンク内部を通すことにより
、小型化が図れる。Figure 3 shows an articulated manipulator with the configuration shown in Figure 1.
31J shows a configuration diagram of the driving means of the tank (as shown in the same figure) 34.44. By passing the inside of the link, the size can be reduced.
未発明忙よれば、関節型マニピュレータが停止している
ときの直接駆動モータによる微小な位置修正が、減速機
つきモータの減速機出力軸を変位させずに可能となるの
で、直接駆動手段が単独で位置決めしているのと同等の
高精度位置決めが可能となる。According to the invention, when the articulated manipulator is stopped, minute position corrections can be made by the direct drive motor without displacing the reducer output shaft of the motor with a reducer, so the direct drive means is independent. This enables high-precision positioning equivalent to positioning with .
又、各自由度に対して２種類ずつ備えた駆動手段が、停
止位置において互い忙重力的につり合う構成となるため
゛、停止時で直接駆動モータにより位置修正する際のト
ルクが小さくてすみ、修正動作の速応化及び負荷重量の
限界の拡大化の効果がある。In addition, since the two types of drive means for each degree of freedom are configured to balance each other in a gravitational manner at the stop position, the torque needed to correct the position by the direct drive motor when the machine is stopped is small. This has the effect of speeding up the correction action and expanding the limit of the load weight.
第１図は本発明の一実施例の機構外観の斜視図、第２図
は第１図のゴムベルト部のあそび特性及びゴムベルトの
代替品として歯車を用いるときのあそび特性とを示す線
図、
第３図は第１図の関節型マニピュレータのリンク駆動手
段の構成を示す断面図である。
１０・・・マニピュレータの基部、２０・・・第１リン
ク。
３０・・・第２リンク、４０・・・第３リンク、３１．
４１・・・直接駆動用モータ、 ２２．５２．４２・
・・モータ、 ２３．５５．４５・・・減速機出力軸
、 ２４．３４．４４・・・ゴムベルト、４１α・・
・１直接駆動用モ一タ回転子、４１ｂ・・・直接駆動用
モータ固定子、３５．４５・・・軸受、２α・・・ゴム
ベルトのあそび特性、 ２ｂ・・・歯車のあそび特性
。
躬 ２０FIG. 1 is a perspective view of the external appearance of a mechanism according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the play characteristics of the rubber belt portion in FIG. 1 and the play characteristics when a gear is used as a substitute for the rubber belt. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the link driving means of the articulated manipulator shown in FIG. 1. 10... Base of manipulator, 20... First link. 30...Second link, 40...Third link, 31.
41... Direct drive motor, 22.52.42.
...Motor, 23.55.45...Reducer output shaft, 24.34.44...Rubber belt, 41α...
・1 Direct drive motor rotor, 41b... Direct drive motor stator, 35.45... Bearing, 2α... Rubber belt play characteristics, 2b... Gear play characteristics. 20
Claims (1)
を備えた駆動手段と、該駆動手段の減速機の出力から上
記リンクに駆動力を伝達する駆動力伝達手段とを備えた
関節型マニピュレータにおいて、該駆動力伝達手段にあ
そび特性を設けたことを特徴とする関節型マニピュレー
タ。1. An articulated type comprising a direct drive means directly connected to a predetermined link, a drive means equipped with a speed reducer, and a drive force transmission means for transmitting driving force from the output of the speed reducer of the drive means to the link. An articulated manipulator, characterized in that the driving force transmission means is provided with play characteristics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25716987A JPH01103283A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Joint type manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25716987A JPH01103283A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Joint type manipulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103283A true JPH01103283A (en) | 1989-04-20 |
Family
ID=17302645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25716987A Pending JPH01103283A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Joint type manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01103283A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876069A (en) * | 1996-04-05 | 1999-03-02 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Connection construction for tubular members |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP25716987A patent/JPH01103283A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876069A (en) * | 1996-04-05 | 1999-03-02 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Connection construction for tubular members |
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