JPH01103283A - 関節型マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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。

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。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

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。

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。

〔作用〕

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。

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。

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。

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。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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−〜。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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　２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、所定のリンクに直結された直接駆動手段と、減速機
   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。