JPH074789B2

JPH074789B2 - ロボットに用いる関節装置

Info

Publication number: JPH074789B2
Application number: JP1503448A
Authority: JP
Inventors: ジャンピエールメルレ
Original assignee: ANSUCHI NASHIONARU DO RUSHERUSHU AN ANFUORUMATEIKU E AN OOTOMATEIKU
Current assignee: ANSUCHI NASHIONARU DO RUSHERUSHU AN ANFUORUMATEIKU E AN OOTOMATEIKU
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: EP0362342B1; US5053687A; EP0362342A1; FR2628670A1; AU3295589A; WO1989009120A1; FR2628670B1; JPH02504244A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、閉じられた格子構造を形成するように形作ら
れた関節セグメントにより相互接続された２個のプレー
トと、制御アセンブリーとから構成され、これら２個の
プレートの相対位置を制御する関節装置に関する。

従来技術において、かかる装置は、「並列マニピュレー
タ」と呼ばれ、一般に、ユニバーサル・ジョイントを介
してプレート上に連接された（関節として接続された）
可変長の６個のセグメントと、制御セグメントとを具え
ている。この制御セグメントは、一方のプレートが他方
のプレートに対して得られる自由度を６段階以上にでき
る。この装置は、特にロボットに用いるのに最適であ
る。この場合、この装置は、例えば、挿入又は組立目的
用のロボットの腕の端部を構成できるし、また、ロボッ
トの腕に対向する静止プラットフォームに固定された構
造物も構成できる。このアプリケーションにおいて、こ
の装置は、それに対応するロボット用の「左手」を構成
する。総べての場合において、この装置は、細かな組
立、正確な機械製造、又は表面の接触監視を行う複雑な
作業が可能である。

この形式の装置は、例えば、フライト・シミュレータ
や、他の乗り物の制御シミュレータ等のダイナミック動
作シミュレータに用いることもできる。

フランス特許出願第83 12263号が開示しているこの形
式の装置は、アクチュエータを構成する６個の圧搾空気
アクチュエータにより相互接続された２個のプレートを
具えている。これらアクチュエータは、上部プレート及
び底部プレートの両方に連接され、電気で制御されたバ
ルブにより制御される。マニピュレータのこの形式に
は、圧搾空気アクチュエータによる固有の自然な弾性が
あり、位置精度が高く、また力測定を容易に行えるの
で、ロボットにとっては最も利点がある。しかし、かか
る装置は、比較的大形であり、比較的重く、その動作部
品には慣性があるので、変移速度が制限される。この無
視できない大きさは、連接されたセグメントを駆動する
アクチュエータが存在するからである。また、これらア
クチュエータは、その直径により、装置の作業空間を制
限する。さらに、圧搾空気アクチュエータは、上部プレ
ートが動いていないときでさえ、エネルギを消費する。
INRIAサーチ・レポートの1987年３月の第646号のジーン
・ピエレ・マーレット（Jean-Pierre Merlet）の論文
「並列マニピュレータ、パート1:理論、設計、運動学及
び制御」（以下、マーレットの論文という）は、ロボッ
トの「左手」機能を特に与えようとする装置を開示して
いる。この装置も、同様に、上部プレート及び底部プレ
ートの両方に連接されたセグメントにより相互接続され
た２個のプレートにより構成されている。この装置の各
セグメントは、弾性部材と共に設けられている。この弾
性部材は、上部プレート上に作用した力の影響により、
各セグメントの長さをわずかに変更できる。よって、こ
の装置の寸法は、加えられた力の影響によりわずかに変
形する。このシステムは、「受動コンプライアンス」を
表すと言われている。上部プレートは、セグメントの各
々の長さを幾分広げるように制御できるので、この上部
プレートを動かせる。この機能は、セグメントの各々が
電気アクチュエータを有することにより得られる。しか
し、かかる電気アクチュエータは、それらによる長さの
わずかな変動量に対して長いという欠点がある。よっ
て、典型的には、5cm未満のセグメント長の変動では、
セグメント長は50cmであるので、全体的なシステムの高
さは約50cmとなる。よって、この特性により、比較的大
きな容積となる。さらに、現在市販されている電気アク
チュエータの重さは、約11kgというように装置の重さを
比較的重くする。これは、一般的なロボットの積載容積
と両立性がない。よって、この装置は、例えば、挿入又
は組立目的用のロボットの端部として用いることができ
ない。

本発明は、高精度の位置決め及び公称積載を大きくした
他に、全体の容積を大幅に減らすと共に、重量及び動作
部品の慣性を減らした装置を提案することにより、上述
の欠点を改善している。

本発明の他の目的は、最小の容積のセグメントを得るこ
とであり、これにより、回転の自由度に関連した作業空
間を増加させることができる。

本発明の他の目的は、セグメントの長さを自由に選択可
能にすることである。

本発明の他の目的は、装置の受動コンプライアンスを得
ること、即ち、装置の受動コンプライアンスによる変移
にもかかわらず、移動プレートの正確な位置及び方向を
計算できることにある。

本発明の他の目的は、不変の基部上の移動プレートに及
ぶ力を測定し、また、底部関節の線形変位を線形ポテン
ショメータにより測定することにある。

したがって、本発明の関節装置は、底部プレート（P
I）、上部プレート（PS）、及び２個のプレート（PI、P
S）の相対位置を制御する制御アセンブリーを具え、この制御アセンブリーは、上部プレート（PS）上に位置している３対（EAi）の互
いに隣接した関節ロケーション（EAij）と、底部プレート（PI）上に位置している３対（PLi）の互
いに隣接したリンク・ロケーション（PLij）と、夫々が、ほぼ一定の固定長を有するとともに、関節ロケ
ーション（EAij）の夫々に連接した上端、及びリンク・
ロケーション（PLij）の夫々に底部関節（AIij）を介し
て接続された底部端を有し、同じ対（EAi）の２個の関
節ロケーション（EAij1、EAij2）が２個のリンク部材
（OLi1j2、OLi2j1）により２個の連続的なリンク・ロケ
ーション（PLi1j2、PLi2j1）に接続され、これらリンク
・ロケーションが２個の関節ロケーション（EAij1、EAi
j2）に最近接し、リンク・ロケーション（PLi1、PLi2）
の２個の異なる対に属する６個のリンク部材（OLij）
と、命令に応じて、底部プレート（PI）に対する関節ロケー
ション（EAij）の位置を独立に可変するモータ手段（MO
Tij、TFij）とを具えており、さらに、制御アセンブリーは、６個のリンク・ロケーシ
ョン（PLij）に先ず夫々接続され、次に６個の底部関節
（AIij）を介して６個のリンク部材（OLij）の底部端に
接続された６個のスライダ部材（OCij）を有しており、
そして、各スライダ部材（OCij）は、モータ手段（MOTi
j、TFij）の駆動により、底部プレート（PI）上に位置
する３対のリンク・ロケーション（PLi）を含む底部プ
レート（PI）の面に対しほぼ直角であるスライド方向
（DC）に、平行してスライドすることを特徴とする。

また、本発明の関節装置は、モータ手段（MOTij、TFi
j）の駆動において、スライダ部材（OCij）により駆動
される各リンク部材（OLij）は、各リンク部材（OLij）
の底部端に接続された各底部関節（AIij）から、リンク
部材（OLij）の軸方向に沿って形成される円錐体内に受
容されていることを特徴とする。

さらに、本発明の関節装置の制御アセンブリーは、各ス
ライダ部材（OCij）がそのスライド方向（DC）の回りに
回転するのをロックするロック手段（EAi、AIij）を含
んでおり、各スライダ部材（OCij）は、ネジ手段（ECij）を具えて
おり、モータ手段は、夫々６個のスライダ部材（OCij）
に関連し、６個のモータ（MOTij）によりその長手方向
軸の周囲で夫々回転する６個のエンドレス・ネジ（TFi
j）を具えており、スライダ部材のネジ手段（ECij）、
及び関連するエンドレス・ネジ（TFij）は、スライダ部
材をスライドさせるために作動することを特徴とする。

また、本発明の関節装置のロック手段は、対応関節ロケ
ーション（EAi）のレベルで、その上端及び底部端を相
互接続する軸の周囲で各リンク部材（OLi1j2、OLi2j1）
が回転するのをロックする頂部ロック手段（ARi、AR′
ｉ、AR″ｉ、62j、61j）を含み、各底部関節（AIij）
は、底部ロック手段を構成するユニバーサル・ジョイン
トであることを特徴とする。

さらに、本発明の関節装置の各関節ロケーション（EA
i）は、上部プレート（PS）の面に対し直角方向に設け
た孔（68i）の軸を第１回転軸（ARi）とし、第１回転軸
（ARi）に設けたボール・ベヤリング（65i）に支持され
ている本体（69i）を含み、本体（69i）はほぼＵ字状の
二股状部分を備え、二股状部分のそれぞれにはリンク部
材（OLij）の上端がそれぞれ装着されるとともに、二股
状部分の自由端はキャップ（66i）により相互に接続さ
れ、キャップ（66i）は第１回転軸（ARi）にほぼ直角に
交差する第２回転軸（AR′ｉ）により軸支され、キャッ
プ（66i）は軸（ARi）、及び（AR′ｉ）に直角で、か
つ、両軸と交差している第３の回転軸（AR″ｉ）の付近
で本体（69i）の分岐部分に連接されており、各関節ロ
ケーション（EAi）は、３対の関節ロケーション（EAi）
を含むプレート（PS）に対しほぼ垂直な第１回転軸（AR
i）を有する第１頂部関節（69i）と、第１回転軸（AR
i）と交差する第２回転軸（AR′ｉ）を有する第２頂部
関節（80i）と、第１及び第２の軸の両方とほぼ直角
で、これらの両軸と交差している第３回転軸（AR″ｉ）
を有する第３頂部関節（81i）とを定めるのに最適であ
り、回転に３段階の自由度が得られることを特徴とす
る。

また、本発明の関節装置の制御アセンブリーは、各リン
ク部材（OLij）に設けた力センサ（CEij）からの検出情
報と、スライダ部材（OCij）に並設したポテンショメー
タ（PCij）からのスライダ部材（OCij）の変位量を示す
検出情報とを受け、モータ手段（MOTiji、TFij）を制御
するプロセッサ手段（MT）を含んでいることを特徴とす
る。

さらに、本発明の関節装置の制御アセンブリーは、６個
のリンク部材（OLij）に夫々接続した６個の弾性ショッ
ク吸収部材（OEAij）を含んでいることを特徴とする。

また、本発明の関節装置のモータ手段（MOTij）の一部
は底部プレート（PI）に固定された基部プレート（PB）
に固定され、底部プレート（PI）は基部プレート（PB）
及び上部プレート（PS）間に配置されていることを特徴
とする。

本発明の他の利点及び特徴は、以下の詳細な説明及び添
付図面を考察することより明らかになる。なお、図面に
おいて、第１図は、本発明の装置の一般的な実施例の実際の図面
である。

第２図は、本発明の装置の好適な実施例を示す斜視図で
ある。

第３図は、第２図に示す装置の主要部分を示す理論平面
図である。

第４図は、第２図の装置内のリンク・ロケーションの部
分的な斜視図である。

第５図は、第４図のＶ−Ｖに沿う断面図である。

第６図は、第２図の装置用の安全手段の図である。

第７図は、第２図の装置内の関節ロケーションの部分的
に切断した正面図である。

第８図は、第２図の装置のプロセッサ手段のブロック図
である。

これら図面は、文字で指示された要素を本質的に含んで
いるので、これら図面は、説明の必要な部分となり、以
下の詳細説明の理解を容易にするばかりでなく、特定の
部分は、本発明を定義するのに用いられる。

上述の如く、装置の説明は、特にロボットの腕の一端を
構成する点に関する。

第１図は、本発明の装置の構造を一般的に示す。この装
置は、上部プレートPS及び底部プレートPIを具えてお
り、これらは、６個のリンク部材OL10、OL11、OL20、OL
21、OL30及びOL31で相互接続されている。これらリンク
部材の各々は、上部プレート及び底部プレートに連接し
ている。底部プレートP1は、３対の互いに閉じたリンク
・ロケーションPL1、PL2及びPL3を有しており、上部プ
レートPSは、３対の互いに閉じた関節ロケーションEA
1、EA2及びEA3を有している。６個のリンク部材の各々
は、関節ロケーションの１個に連接した上端と、この図
では、示さないが、底部関節を介してリンク・ロケーシ
ョンに接続された底端とを具えている。

一般的には、参照符号の理解を容易にするために、添え
字ｉは、１対のリンク・ロケーション又は１対の関節ロ
ケーションを表し、添え字ｊは、１対のｉの要素内の１
個を表す。同じ対の２個の要素を識別する必要がある場
合、夫々添え字j1及びj2を付す。また、２対を識別する
必要がある場合、夫々添え字i1及びi2を付す。

本発明の装置の構造では、互いに閉じた関節ロケーショ
ンの１対EAiに属する２個の関節ロケーションEAij1及び
EAij2は、リンク部材OLi1j2及びOLi2j1を介して、２個
の連続したリンク・ロケーションPLi1j2及びPLi2j1に接
続する。これらリンク・ロケーションは、上述の２個の
関節ロケーションEAij1及びEAij2に最も接近している。
また、これら２個のリンク・ロケーションは、夫々リン
ク・ロケーションの２つの異なる対PLi1及びPLi2に属し
ている。

各リンク部材に対応する各底部関節は、対応がリンク・
ロケーションを通過するスライド方向DCに沿って、底部
プレートに対してスライドすることができる。インプレ
メンテーション（実施）を容易にするために、総べての
スライド方向DCは、互いにほぼ平行とし、３対のリンク
・ロケーションPLiを含むプレートとほぼ直角にする。
底部関節は、モータ手段（この図には示さない）により
スライドさせる。

いま、この装置の休止位置を、２個のプレートPI及びPS
が平行で、何等動作をせず、モータ手段によるリンク部
材上での動作もないときの位置とする。よって、この休
止位置において、２個のプレート間のリンク構造は、同
じ対内の２個の異なる関節ロケーションに接続された２
個のリンク部材が、リンク・ロケーションの異なる２対
のPLi1及びPLi2に属する２個のリンク・ロケーションに
向かって分岐するようになっている。よって、例えば、
２個の関節ロケーションEA10及びEA11に相互接続してい
るまっすぐなラインと、２個のリンク部材OL11及びOL20
と、２個のリンク・ロケーションPL11及びPL20に相互接
続しているまっすぐなラインとは、長い基準辺が底部プ
レート上で、短い基準辺が上部プレート上の台形を構成
する。

次に、第２〜第９図を特に参照する。これらの図は、第
１図の装置の好適な実施例を示している。

第２図の装置１の上部プレート及び底部プレートは、共
に円形であり、上部プレートの直径は底部プレートより
小さい。この装置１は、直径が底部プレートPIよりわず
かに大きい基部プレートPBも含んでいる。プレートPI
は、プレートPS及びプレートPBの間に位置し、プレート
PBは、中央スタンドPCBにより底部プレートPIに固定さ
れている。３個のプレートの夫々の中心は、同じ直線上
にある。

次に、第３図を参照する。この図で、６個のリンク・ロ
ケーションPLijが、中心がプレートPIの中心と一致する
円Ｃ上に位置することがわかる。所定対EAi内の２個の
関節ロケーションも一致する。この配置により重量を減
少でき、後述の如く装置を制御する際の計算を簡略化で
きる。よって、以下の説明では、関節ロケーションを符
号EAiで示す。その結果、この図において、関節ロケー
ションの任意の対EAiの２個の関節ロケーションEAijの
中点MIAiは、一致し、同様にEAiで示す。３個の関節ロ
ケーションEAiを、正三角形EQIの頂点の夫々にほぼ配置
する。この正三角形の重心の中心は、上部プレートの中
点に位置する。同様に、リンクロケーションPLijの部分
に相互接続している円弧の中点MILiは、第２正三角形EQ
2の各頂点にほぼ位置する。この正三角形の重心の中心
は、底部プレートPIの中心であり、この正三角形は、第
１正三角形EQ1に対して、これら２個の正三角形の重心
の各中心を通過する軸の周囲で約60度だけ角度がオフセ
ットしている。当然、この例で説明した三角形EQ1及びE
Q2の等辺特性は、限定されない。

特に第２図を参照すると、リンク・ロケーションPLijに
は、穴があることがわかり、この穴に、スライダ部材OC
ijがスライドする。このスライダ部材の一端は、底部関
節AIjiを介して、リンク部材OLijの低端に接続してい
る。スライダ部材のこの端部は、底部プレート及び上部
プレートの間に常に位置している。リンク部材OLijの上
端は、関節ロケーションEAiに連接している。この関節
ロケーションEAiもリンク部材を連接するが、このリン
ク部材は、リンク・ロケーションPLijに隣接して、異な
る対のリンク・ロケーションに属するリンク・ロケーシ
ョンに接続される。

スライダ部材OCijは、底部関節AIijに接近した端部を介
して、第１センサPCijにも接続されている。この第１セ
ンサの特性及び機能については後述する。このセンサPC
ijは、リンク・ロケーションPLijに近い領域内で、底部
プレートにしっかりと固定されている。

エンドレス・ネジTFijの自由端は、底部関節AIijに接続
されたスライダ部材OCijの端部と反対の端部を介してこ
のスライダ部材を貫通する。このエンドレス・ネジに
は、例えば、基部プレートPB上に固定されたトルク・モ
ータである駆動モータMOTijに接続された他端がある。
このエンドレス・ネジとこのモータの機能については。
後述する、上部プレート及び底部プレートから離れて、
装置１を構成する総べての部品は、２個のプレートPI及
びPSの相対位置を制御するアセンブリーに属するが、こ
れらの総ては、図面が複雑になるのを避けるため、第２
図に示さない。

当然、６個のサブアセンブリーの各々は、モータと、エ
ンドレス・ネジと、スライダ部材と、第１センサと、底
部関節と、リンク部材とを具え、総て同じである。

第４図を参照すると、スライダ部材OCijは、弾性ショッ
ク吸収部材OEAijによりその端部の一方が設置された中
空筒状管24jを具えている。この弾性ショック吸収部材
は、筒上伸張部分25jにより設置されており、部材OEAij
と接触する端部と反対の伸張部分の端部は、底部関節AI
ijを支持している。

リンク部材OLijは、リンク部材により伝達される力の大
きさを測定する力センサCEijを含んでいる。力センサ
は、例えば、ストレイン・ゲージでもよい。

筒状伸張部分25jは、スライド部材OCijの軸に平行に走
る、即ち、スライド方向DCと平行な軸を有する筒状穴26
jにより貫通された腕22jを含んでいる。筒状穴26jは、
実際には線形ポテンショメータである第１センサPCijの
ロッド20jを受ける。このロッド20jは、ナット21jによ
り腕22jに固定される。センサPCijは、リンク・ロケー
ションPLijに近接した底部プレートの他の筒状穴27j内
にしっかりと固定されている。

底部関節AIijは、底部プレートPIに常にほぼ平行な１つ
の軸を有するユニバーサル・ジョイントであり、その他
方の軸は、点Ｏにて、第１の軸と自然に交差する。スラ
イダ部材OCij及びリンク部材OLijの夫々の長手方向の軸
も点Ｏにて交差する。

スライド機能を制限するために、中空管24jがボール・
スリーブDBij内の底部プレートPIを介してスライドす
る。

スライド部材OCijのエンドレス・ネジTFij及び中空管24
j間の接続を第５図に詳細に示す。この図から次のこと
がわかる。すなわち、中空管24jが、弾性ショック吸収
部材OEAijに接触した一端と反対端にて解放されてお
り、また、上記開口内に固定され、移動及び回転に対し
て止められたタップ・ナットECijを有している。エンド
レス・ネジTFijのネジ山は、バックラッシュ吸収部材
（図示せず）と共に設けたナットECij内のタップと協動
する。エンドレス・ネジTFijの長さ及び中空管24jの長
さは、動作において、エンドレス・ネジTFijが中空管24
jの端部に隣接しないように設計される。なお、中空管2
4jは、弾性ショック吸収部材OEAijと接触する。

第６図は、スライダ部材OCijと関連した安全手段MSijの
図である。この安全手段MSijは、部分50jを有する予備
支持部材SAijを具えており、この部分50jは、底部プレ
ートPIとほぼ直角であり、延長部51jが延びている。こ
の延長部は、底部プレートPIとほぼ平行になるように、
スライダ部材OCij方向に直角に延びている。支持部材SA
ijは、延長部51jに対向するように、底部プレートPI上
に配置され、部分50jに直角に延びた付加的な延長部52j
も含んでいる。底部プレートPIに対向する延長部51jの
面は、第１磁気スイッチIMijを含んでおり、この第１ス
イッチIMijに対向する付加延長部52jの面は、第２磁気
スイッチIM′ijを含んでいる。底部関節AIijに近接して
位置するスライダ部材OCijの端部は、腕22jの反対で、
両端に位置する２個の別々の弾性ブレイドCOij及びCO′
ijと共に設けられた付加腕22′ｊを有する。これら２個
のブレイドは、支持部材SAijの延長部51j及び52jと夫々
接触するように配置されている。安全機構の詳細な動作
は、後述する。

第７図は、上部プレートPS上に配置された関節ロケーシ
ョンEAiの詳細な図である。関節ロケーションEAiは、プ
レートPSにほぼ直角に延び、プレートPSの頂部面、即
ち、底部プレートPIに対向する面と反対の面にて解放さ
れた筒状孔68iを含んでいる。この筒状孔68iは、長手方
向の軸ARiを具えていると共に、環状ショルダー70iにま
で延びている。この環状ショルダーは、この軸ARiから
直角に延び、筒状孔68iと同軸の筒状すそ71iで終わる。
この環状すそ71iは、上部プレートPSの底面部にて開い
ている。

プレートPSの底部面は、軸ARiの周囲で同軸的に配置さ
れ、環状孔68iとほぼ同じ直径の中央孔73iが貫通した環
状プレート72iを含んでいる。ショルダー70i、すそ71i
及び環状プレート72iは、２個のボール・ベアリング65i
の外側面を支持する。

関節ロケーションEAiは、本体69iを含んでおり、この本
体の上部は、２個のボール・ベアリング65iの内側面を
支え、その底部、即ち底部プレートPIに隣接した部分
は、軸ARiと平行な２個の腕を有するＵ字型二股部分を
具えている。本体69iは、その上部の中央を通るタップ
穴74iを有しており、ボール・ベアリング65iを介してプ
レートPSにそれを固定するボルト64iと協動する。環状
プレート72iも、２個のボルト63iによりプレートPIに固
定される。よって、本体69iは、軸ARiに沿って通過する
ように動くのが阻止されるが、軸ARiの周囲で回転する
のは自由である。

本体69iの二股の２つの部分の２つの自由端は、キャッ
プ66iにより相互接続され、このキャップ66iは、軸ARi
にほぼ直角で、それに交差する軸AR′ｉを有する孔が貫
通している。この孔は、２個の筒状スリーブ60j1及び60
j2が連接されたシャフト80iを受ける。キャップ66iは、
軸ARi及びAR′ｉにほぼ直角で、これら両方と交差して
いる軸AR″ｉの付近で本体69iの分岐部分に連接する。

よって、本体69iは、第１回転軸ARiを有する第１頂部関
節を定めるのに最適である。シャフト80iは、第２の回
転軸AR′ｉを有する第２頂部関節を定めるのに最適であ
る。また、シャフト81iは、第３の回転軸を有する第３
頂部関節定めるのに最適である。したがって、回転の自
由度には、３段階ある。この関節の全体的な効果は、ボ
ール及びソケット型である。関節ロケーションEAi上の
２個の筒状スリーブ60j1及び60j2を固定すること、３つ
の回転軸ARi、AR′ｉ及びAR″ｉの配置により、筒状ス
リーブ60j1及び60j2自体の長手方向軸の周囲での回転の
いかなる可能性も防止できる。また、夫々のタップ穴62
j1及び62j2とのネジ61j1及び61j2の協動は、リング部材
OLi2j1及びOLi1j2が、上部及び底部端と相互接続してい
る軸の周囲での回転をロックするのに寄与する。関節ロ
ケーション及び種々のネジのこの特定の配置は、頂部ロ
ック手段を構成する。

各リンク部材OLijの底部端は、ユニバーサル・ジョイン
トを介して対向するスライダ部材OCijに接続しており、
また、各リンク部材OLijはその端部と相互接続する軸の
周囲での回転が防止されるので、ユニバーサル・ジョイ
ントAIijは、スライダ部材OCijがスライド方向の周囲で
回転するのを防止する。よって、底部ロック手段を構成
する。

よって底部ロック手段及び頂部ロック手段の組み合わせ
は、スライダ部材がそのスライド方向の回りで回転する
のをロックする手段を構成する。当然、他の形式のロッ
ク手段を設けることもできる。

リンク部材OLijは、ユニバーサル・ジョイントAIijの位
置、対応するスライダ部材OCijの位置、及び対応する関
節ロケーションEAijの位置により規定される円錐体内に
配置できることが、当業者には理解できよう。換言する
と、リンク材OLijは、上下に駆動、変位されるスライダ
部材OCijとともに上下変位する各ユニバーサル・ジョイ
ントAIijから、リンク部材OLijの軸方向に沿って形成さ
れる円錐体内に位置していることが分かる。

第８図は、上述の装置用のプロセッサ手段のブロック図
である。このプロセッサ手段は、制御器31を具えてお
り、この制御器は、第１センサPCij及び力センサCEijの
両方からの情報を受け、中央コンピュータ30と通信を行
って、モータMOTijを制御する。

上述の装置の重量は、約2Kgであり、各リンク部材の重
量は、約100グラム（ｇ）である。これらの一定長は約1
0cmであり、装置の直径は、半径が約8cmで高さが約20cm
の円形筒内にこの装置を入れることができるような大き
さである。また、大きさ及び重量を小さくして、完全に
小型機構に適するように、装置を実現できることが、当
業者には理解できよう。この装置の絶対位置精度は、約
10ミクロンであり、その公称負荷は、約25Kgである。モ
ータ化されていないリンク部材を用いることにより、垂
直方向が4cmで、横方向が±4cmの配置で限界が定められ
た作業空間が得られる。これは、２個のプレートPI及び
PSの夫々の中心に相互接続する軸の周囲で±61度の回転
をする可能性と、それと垂直な軸の周囲で±33度の回転
をする可能性による。この作業空間は、特にマーレット
の論文で記載されたものよりも非常に大きい。

さらに、この装置の主要な重量は、モータMOTijによ
る。この設計は、この重量が底部プレートの真下にくる
ようになっている。よって、この装置の重心の中心は、
底部プレートの真下にあり、従来の装置のように連接さ
れたセグメントの間にはない。運搬ロボットの作業負荷
が重荷にならないので、これは、ロボットの腕の端部と
してこの装置を用いるのに最も適する。さらに、リンク
部材の間にモータ手段がないので、総べての形式のアプ
リケーションに適用させるのに、困難なく装置を変更で
きる。

この装置の動作を詳細に説明している。上述の如く、こ
の装置の目的は、特に、空間が従来のマニピュレータの
精度と両立性がないときに、組立の援助を行うものであ
る。運搬ロボットは、組立を行う場所に装置を運び、組
み立てる部品の１つを保持している間、この装置は、力
センサCEijからの情報を用いて位置誤差を補正する。こ
の装置には、６段階の自由度があるので、総べての形式
の位置誤差を補正できる。

これら変移を達成するために、スライド部材は、制御器
31による制御の下に、垂直スライド方向DCに沿ってリン
ク部材の底部関節AIijを移動する。このようにするた
め、各モータMOTijは、対応するエンドレス・ネジTFij
を回転させる。このエンドレス・ネジ上に配置され、ス
ライダ部材OCijに固定されたナットECijは、スライダ部
材を平行に移動させる。ロック手段により、スライダ部
材OCijがスライド方向DCの周囲で回転するのを阻止され
るので、これが可能となる。当然、モータMOTijは、独
立に制御される。

底部関節AIijのこの線形変移は、ロッド20jを介して腕2
2jへのリンクにより、線形ポテンショメータPCijが測定
する。

スライド部材OCijのこの直接駆動は、伝達バックラッシ
ュを最小値に減らす作用をする。ポテンショメータPCij
からの情報に基づいて、モータMOTijを制御し、各リン
ク部材OLijへ基準の力を与えるために、モータのトルク
をモニタする。

逆に、上部プレートに力が加わっていれば、この力は、
リンク部材OLijの方向に応じて、これらリンク部材各々
に広がる。よって、各スライド部材OCijは、軸方向の
力、及びボール・スリーブDBijが中和する半径方向の力
を受ける。軸方向の力を弾性ショック吸収部材OEAijに
伝達すると、この吸収部材は、力に比例した量だけ圧縮
するか又は延びる。よって、上部プレートがわずかに動
くので、この装置に受動コンプライアンスを与える。上
部プレートの変移をポテンショメータPCijで測定するの
で、コンピュータ30が移動部品の正確な位置を計算でき
る。受動コンプライアンスによる変移は、変移センサに
より正確に測定できるので、そうでなければ各リンク部
材内に挿入される弾性要素と比較すると、弾性ショック
吸収部材のOEAijをスライド部材上に配置するのには非
常な利点があることが、当業者には理解できよう。さら
に、弾性ショック吸収部材は、この装置の剛性を変更す
るために、迅速に交換できる。

各リンク部材OLij上に配置された力センサCEijは、各リ
ンク部材の軸方向の力を計算する作用をし、運搬ロボッ
トが組立を行っている期間中、上部プレート上に及ぼさ
れる力を連続的に測定する。コンピュータ30には、実行
すべき組立を可能とするための上部支持部材の変移を計
算するアルゴリズムが与えられる。よって、モータMOTi
j（この例では、トルク・モータ）をフォース・リター
ン（戻りの力）で制御する。この形式の制御により、各
関節ロケーションに作用する力のベクトルを直交座標系
のデカルトの力に変換し、この変換された力をコンピュ
ータ30に送る。このコンピュータは、フォース・リター
ン・アルゴリズムを用いて、上部プレートの位置に供給
すべきデカルトＸ補正を計算する。次に、コンピュータ
30内に存在する座標変換器が、リンク部材の対応長を計
算し、この情報を制御器30に送って、モータMOTijを制
御する。

各安全手段MSijは、対応するエンドレス・ネジTFijがそ
の最小又は最大ストロークに達した際、モータを停止さ
せる。この安全手段は、対応するモータへの電源をスイ
ッチ・オフし、エンドレス・ネジTFijへ穏やかなブレー
キを与える。これを行うため、スライダ部材OCijがその
最大ストロークの端部近傍にくると、補助支持部材上に
固定された磁気スイッチIMijがブレイドOCijの存在を検
出するので、そのモータへの電源がスイッチ・オフす
る。同様に、底部関節AIijを底部プレートPIの方向に運
ぶため、スライド部材が基部プレートPBの方向に進む
と、第２磁気スイッチIM′ijがブレイドCO′ijの存在を
検出し、モータ電源をスイッチ・オフする。そして、補
助支持部材SAij上のこれら弾性ブレイドの変形により、
スライド部材OCij及びｙエンドレス・ネジTFijに対する
ブレーキを行う。さらに、上記プレートを手動で許可領
域に戻すため、制御器31の付加スイッチにより、安全シ
ステムを短絡できる。

本発明は、変形が可能であり、特に次のようにできる。

スライド方向は、任意、例えば、底部プレートに平行
で、その中央と交差する方向でもよい。そして、特に、
これら方向は、一方のリンク・ロケーションから他方へ
の方向と異なってもよい。

利用するスライド方向、及び／又は用いるモータ手段の
形式に応じて、当業者は、この装置の運動学に応じて、
種々の異なる形式の底部関節や、関節位置の種々の異な
る形式の配置を利用することができる。

当然、上述の手段のいくつかは、それらが有用でない変
形においては、除去できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−155394（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−110588（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−227394（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−205297（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底部プレート（PI）、上部プレート（P
S）、及び上記２個のプレート（PI、PS）の相対位置を
制御する制御アセンブリーを具え、上記制御アセンブリーは、上記上部プレート（PS）上に位置している３対（EAi）
の互いに隣接した関節ロケーション（EAij）と、上記底部プレート（PI）上に位置している３対（PLi）
の互いに隣接したリンク・ロケーション（PLij）と、夫々がほぼ一定の固定長を有するとともに、上記関節ロケーション（EAij）の夫々に連接した上端、
及びリンク・ロケーション（PLij）の夫々に底部関節
（AIij）を介して接続された底部端を有し、同じ対（EA
i）の上記２個の関節ロケーション（EAij1、EAij2）が
２個のリンク部材（OLi1j2、OLi2j1）により上記２個の
連続的なリンク・ロケーション（PLi1j2、PLi2j1）に接
続され、これらリンク・ロケーションが上記２個の関節
ロケーション（EAij1、EAij2）に最近接し、リンク・ロ
ケーション（PLi1、PLi2）の２個の異なる対に属する６
個のリンク部材（OLij）と、命令に応じて、上記底部プレート（PI）に対する関節ロ
ケーション（EAij）の位置を独立に可変するモータ手段
（MOTij、TFij）とを具えており、さらに、上記制御アセンブリーは、上記６個のリンク・
ロケーション（PLij）に先ず夫々接続され、次に上記６
個の底部関節（AIij）を介して上記６個のリンク部材
（OLij）の上記底部端に接続された６個のスライダ部材
（OCij）を有しており、そして、上記各スライダ部材（OCij）は、上記モータ手
段（MOTij、TFij）の駆動により、上記底部プレート（P
I）上に位置する上記３対のリンク・ロケーション（PL
i）を含む上記底部プレート（PI）の面に対しほぼ直角
であるスライド方向（DC）に、平行してスライドするこ
とを特徴とする関節装置。
【請求項２】上記モータ手段（MOTij、TFij）の駆動に
おいて、上記スライダ部材（OCij）により駆動される上
記各リンク部材（OLij）は、該各リンク部材（OLij）の
上記底部端に接続された上記各底部関節（AIij）から、
上記リンク部材（OLij）の軸方向に沿って形成される円
錐体内に受容されていることを特徴とする請求の範囲第
１項の装置。
【請求項３】上記制御アセンブリーは、各スライダ部材
（OCij）がそのスライド方向（DC）の回りに回転するの
をロックするロック手段（EAi、AIij）を含んでおり、上記各スライダ部材（OCij）は、ネジ手段（ECij）具え
ており、上記モータ手段は、夫々上記６個のスライダ部
材（OCij）に関連し、６個のモータ（MOTij）によりそ
の長手方向軸の周囲で夫々回転する６個のエンドレス・
ネジ（TFij）を具えており、スライダ部材のネジ手段
（ECij）、及び関連するエンドレス・ネジ（TFij）は、
上記スライダ部材をスライドさせるために作動すること
を特徴とする請求の範囲第２項の装置。
【請求項４】上記ロック手段は、対応関節ロケーション
（EAi）のレベルで、その上端及び底部端を相互接続す
る軸の周囲で各リンク部材（OLi1j2、OLi2j1）が回転す
るのをロックする頂部ロック手段（ARi、AR′ｉ、AR″
Ｉ、62j、61j）を含み、各底部関節（AIij）は、底部ロ
ック手段を構成するユニバーサル・ジョイントであるこ
とを特徴とする請求の範囲第３項の装置。
【請求項５】各関節ロケーション（EAi）は、上記上部
プレート（PS）の面に対し直角方向に設けた孔（68i）
の軸を第１回転軸（ARi）とし、該第１回転軸（ARi）に
設けたボール・ベヤリング（65i）に支持されている本
体（69i）を含み、該本体（69i）はほぼＵ字状の二股状
部分を備え、該二股状部分のそれぞれにはリンク部材
（OLij）の上端がそれぞれ装着されるとともに、該二股
状部分の自由端はキャップ（66i）により相互に接続さ
れ、該キャップ（66i）は第１回転軸（ARi）にほぼ直角
に交差する第２回転軸（AR′ｉ）により軸支され、上記
キャップ（66i）は上記軸（ARi）、及び（AR′ｉ）に直
角で、かつ、該両軸と交差している第３の回転軸（AR″
ｉ）の付近で上記本体（69i）の分岐部分に連接されて
おり、上記各関節ロケーション（EAi）は、上記３対の
関節ロケーション（EAi）を含む上記プレート（PS）に
対しほぼ垂直な上記第１回転軸（ARi）を有する第１頂
部関節（69i）と、上記第１回転軸（ARi）と交差する上
記第２回転軸（AR′ｉ）を有する第２頂部関節（80i）
と、上記第１及び第２の軸の両方とほぼ直角で、これら
の両軸と交差している上記第３回転軸（AR″ｉ）を有す
る第３頂部関節（81i）とを定めるのに最適であり、回
転に３段階の自由度が得られることを特徴とする請求の
範囲第２項乃至第４項の何れか１の装置。
【請求項６】上記制御アセンブリーは、上記各リンク部
材（OLij）に設けた力センサ（CEij）からの検出情報
と、スライダ部材（OCij）に並設したポテンショメータ
（PCij）からのスライダ部材（OCij）の変位量を示す検
出情報とを受け、上記モータ手段（MOTiji、TFij）を制
御するプロセッサ手段（MT）を含んでいることを特徴と
する請求の範囲第１項、または、第２項の何れか１の装
置。
【請求項７】上記制御アセンブリーは、上記６個のリン
ク部材（OLij）に夫々接続した６個の弾性ショック吸収
部材（OEAij）を含んでいることを特徴とする上記請求
の範囲第１項乃至第６項の何れか１の装置。
【請求項８】上記モータ手段（MOTij）の一部は上記底
部プレート（PI）に固定された基部プレート（PB）に固
定され、上記底部プレート（PI）は上記基部プレート
（PB）及び上記上部プレート（PS）間に配置されている
ことを特徴とする上記請求の範囲第１項乃至第７項の何
れか１の装置。