JPH10286789A - 関節トルク検出装置 - Google Patents
関節トルク検出装置Info
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- JPH10286789A JPH10286789A JP9113339A JP11333997A JPH10286789A JP H10286789 A JPH10286789 A JP H10286789A JP 9113339 A JP9113339 A JP 9113339A JP 11333997 A JP11333997 A JP 11333997A JP H10286789 A JPH10286789 A JP H10286789A
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- joint
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- pillar parts
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
- G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
- G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
- G01L3/1435—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving magnetic or electromagnetic means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/085—Force or torque sensors
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロボットのリンクなどにおいて、リンクの駆
動装置の出力軸（関節軸）方向、即ち、リンクの幅
（横）方向に突出することなく、小型で耐久性および精
度に優れたトルク検出装置を提供する。 【解決手段】 関節の回転軸線に沿って複数の柱状部を
放射状に一体形成すると共に、その放射状に配置された
複数個の柱状部の内側にハーモニック減速機を収容す
る。
動装置の出力軸（関節軸）方向、即ち、リンクの幅
（横）方向に突出することなく、小型で耐久性および精
度に優れたトルク検出装置を提供する。 【解決手段】 関節の回転軸線に沿って複数の柱状部を
放射状に一体形成すると共に、その放射状に配置された
複数個の柱状部の内側にハーモニック減速機を収容す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、関節トルク検出
装置に関し、特にロボット・アームのリンクなどの関節
トルクを検出する装置に関する。
装置に関し、特にロボット・アームのリンクなどの関節
トルクを検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロボット・アームのリンクなどの関節ト
ルク検出装置としては、従来より種々のものが提案され
ており、一例として「Multisensory shared autonomy a
ndtele-sensor programming-Key issues in space robo
tics」Robotics andAutonomous Systems 11 (1993)141-
162 Elsevierの１４９頁に記載されている、遊星歯車機
構に組み込まれ、相対変位を検出して印加トルクを検出
するものを挙げることができる。
ルク検出装置としては、従来より種々のものが提案され
ており、一例として「Multisensory shared autonomy a
ndtele-sensor programming-Key issues in space robo
tics」Robotics andAutonomous Systems 11 (1993)141-
162 Elsevierの１４９頁に記載されている、遊星歯車機
構に組み込まれ、相対変位を検出して印加トルクを検出
するものを挙げることができる。
【０００３】また、それ以外にも、ロボット・アーム先
端のハンドに６軸力センサなどの力覚センサを設け、そ
の部位から自由端側に作用する外力を検出し、柔軟に動
作させるように力制御することも知られている。
端のハンドに６軸力センサなどの力覚センサを設け、そ
の部位から自由端側に作用する外力を検出し、柔軟に動
作させるように力制御することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーム
先端にセンサを配置すると、そのセンサ配置位置から基
部側に作用する外力を検出できないことから、アームの
関節に配置してリンク関節のトルクを検出して動作を制
御するのが望ましい。そのようなアームにより狭い場所
で作業する場合、アームのリンクが壁面などの外界に接
触しないようにリンク自由端の軌道を決定して精緻に位
置制御する必要がある。
先端にセンサを配置すると、そのセンサ配置位置から基
部側に作用する外力を検出できないことから、アームの
関節に配置してリンク関節のトルクを検出して動作を制
御するのが望ましい。そのようなアームにより狭い場所
で作業する場合、アームのリンクが壁面などの外界に接
触しないようにリンク自由端の軌道を決定して精緻に位
置制御する必要がある。
【０００５】ロボットのハンドはエンドエフェクタであ
るため、その問題が顕著に現れる。例えば、狭い箇所か
ら作業物を取り出したり、指リンク全体を用いて対象物
を把持するときなどは、外力（トルク）を検出できなけ
れば、作業対象物を破壊する、あるいは指リンクに過大
な負荷がかかってしまう。従って、ロボットのハンドの
指リンクのような小型のリンク機構においては印加トル
クを精度良く検出し、柔軟な動作制御を実現することが
望ましい。
るため、その問題が顕著に現れる。例えば、狭い箇所か
ら作業物を取り出したり、指リンク全体を用いて対象物
を把持するときなどは、外力（トルク）を検出できなけ
れば、作業対象物を破壊する、あるいは指リンクに過大
な負荷がかかってしまう。従って、ロボットのハンドの
指リンクのような小型のリンク機構においては印加トル
クを精度良く検出し、柔軟な動作制御を実現することが
望ましい。
【０００６】また、そのような小型のリンク機構で印加
トルクを検出しようとすると、歪みゲージを変形部に接
着してセンサを製作することが考えられるが、耐久性の
点で問題がある。さらには、変形部に大きなトルクが印
加されると、歪みゲージが延び過ぎて切断するなどの不
都合も生じ得る。
トルクを検出しようとすると、歪みゲージを変形部に接
着してセンサを製作することが考えられるが、耐久性の
点で問題がある。さらには、変形部に大きなトルクが印
加されると、歪みゲージが延び過ぎて切断するなどの不
都合も生じ得る。
【０００７】また、ＤＣモータなどの関節駆動装置の出
力軸に変形部を設けることになるため、出力軸、即ち、
リンクの幅（横）方向に突出する恐れがある。これは指
リンクなど複数本のリンクを並列させるとき、支障とな
る。尚、駆動装置への印加電流からトルクを検出するこ
とも可能であるが、指関節のような小型化が必要なリン
ク機構の場合、減速比を上げることで小型化を図ること
が多く、負荷側からのトルク検出は、減速機の低効率の
ため、精度が期待できない。
力軸に変形部を設けることになるため、出力軸、即ち、
リンクの幅（横）方向に突出する恐れがある。これは指
リンクなど複数本のリンクを並列させるとき、支障とな
る。尚、駆動装置への印加電流からトルクを検出するこ
とも可能であるが、指関節のような小型化が必要なリン
ク機構の場合、減速比を上げることで小型化を図ること
が多く、負荷側からのトルク検出は、減速機の低効率の
ため、精度が期待できない。
【０００８】従って、この発明は上記した不都合を解消
することにあり、リンクの駆動装置の出力軸、換言すれ
ば幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リ
ンクのような小型のリンク機構にも収納できると共に、
耐久性および検出精度において優れた関節トルク検出装
置を提供することを目的とする。
することにあり、リンクの駆動装置の出力軸、換言すれ
ば幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リ
ンクのような小型のリンク機構にも収納できると共に、
耐久性および検出精度において優れた関節トルク検出装
置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は請求項１項において、２つのリンクを
相対変位させる関節において、前記関節の回転軸線の周
りに入力部と出力部を連結する柱状部を複数個配置し、
その変形量から印加トルクを検出すると共に、前記複数
個の柱状部の内側に減速機構、より具体的にはその大部
分を収容する如く構成した。
めに、この発明は請求項１項において、２つのリンクを
相対変位させる関節において、前記関節の回転軸線の周
りに入力部と出力部を連結する柱状部を複数個配置し、
その変形量から印加トルクを検出すると共に、前記複数
個の柱状部の内側に減速機構、より具体的にはその大部
分を収容する如く構成した。
【００１０】請求項２項にあっては、前記変形量は前記
リンク間の相対変位である如く構成した。
リンク間の相対変位である如く構成した。
【００１１】
【作用】関節の回転軸線の回りに入力部と出力部を連結
する柱状部を複数個配置し、その変形量から印加トルク
を検出すると共に、前記複数個の柱状部の内側に減速機
構、より具体的にはその大部分を収容する如く構成した
ので、リンクの駆動装置の出力軸（出力部）、換言すれ
ば幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リ
ンクのような小型のリンク機構にも収納できると共に、
耐久性および検出精度も向上する。
する柱状部を複数個配置し、その変形量から印加トルク
を検出すると共に、前記複数個の柱状部の内側に減速機
構、より具体的にはその大部分を収容する如く構成した
ので、リンクの駆動装置の出力軸（出力部）、換言すれ
ば幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リ
ンクのような小型のリンク機構にも収納できると共に、
耐久性および検出精度も向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明に係る関節トルク検出装置を説明する。
明に係る関節トルク検出装置を説明する。
【００１３】尚、この実施の形態においては、関節トル
ク検出装置は、２足歩行の脚式移動ロボットの指リンク
機構に組み込む形で実現される。
ク検出装置は、２足歩行の脚式移動ロボットの指リンク
機構に組み込む形で実現される。
【００１４】図１はその脚式移動ロボットを全体的に示
す概略図である。
す概略図である。
【００１５】図示の如く、２足歩行ロボット１は左右そ
れぞれの脚リンク２に６個の関節を備える（理解の便宜
のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す）。
れぞれの脚リンク２に６個の関節を備える（理解の便宜
のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す）。
【００１６】６個の関節は上から順に、腰部の脚回旋用
の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以
下同じ）、腰部のロール方向（Ｙ軸まわり）の関節１２
Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（Ｘ軸まわり）の関節１４
Ｒ，１４Ｌ、膝部のロール方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、
足部のロール方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ、および同ピッ
チ方向の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成される。足部には
足平２２Ｒ，２２Ｌが取着される。
の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以
下同じ）、腰部のロール方向（Ｙ軸まわり）の関節１２
Ｒ，１２Ｌ、同ピッチ方向（Ｘ軸まわり）の関節１４
Ｒ，１４Ｌ、膝部のロール方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、
足部のロール方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ、および同ピッ
チ方向の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成される。足部には
足平２２Ｒ，２２Ｌが取着される。
【００１７】上記において股関節（あるいは腰関節）は
関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から、
足関節は関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成され
る。また股関節と膝関節とは大腿リンク２４Ｒ，２４
Ｌ、膝関節と足関節とは下腿リンク２６Ｒ，２６Ｌで連
結される。
関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から、
足関節は関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成され
る。また股関節と膝関節とは大腿リンク２４Ｒ，２４
Ｌ、膝関節と足関節とは下腿リンク２６Ｒ，２６Ｌで連
結される。
【００１８】更に、腰部の上位には上体（リンク）２８
が設けられると共に、その上端には左右それぞれ７個の
関節からなる腕リンク３を備える（同様に、理解の便宜
のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す）。
が設けられると共に、その上端には左右それぞれ７個の
関節からなる腕リンク３を備える（同様に、理解の便宜
のために各関節をそれを駆動する電動モータで示す）。
【００１９】７個の関節は上から順に、肩部のロール方
向の関節３０Ｒ，３０Ｌ、同ピッチ方向の関節３２Ｒ，
３２Ｌ、腕の回旋用の関節３４Ｒ，３４Ｌ、肘部のロー
ル方向の関節３６Ｒ，３６Ｌ、手首回旋用の関節３８
Ｒ，３８Ｌ、同ロール方向の関節４０Ｒ，４０Ｌ、およ
び同ピッチ方向の関節４２Ｒ，４２Ｌから構成される。
手首の先にはハンド４４Ｒ，４４Ｌが取着される。
向の関節３０Ｒ，３０Ｌ、同ピッチ方向の関節３２Ｒ，
３２Ｌ、腕の回旋用の関節３４Ｒ，３４Ｌ、肘部のロー
ル方向の関節３６Ｒ，３６Ｌ、手首回旋用の関節３８
Ｒ，３８Ｌ、同ロール方向の関節４０Ｒ，４０Ｌ、およ
び同ピッチ方向の関節４２Ｒ，４２Ｌから構成される。
手首の先にはハンド４４Ｒ，４４Ｌが取着される。
【００２０】上記において肩関節は関節３０Ｒ（Ｌ），
３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）から、手首関節は関節３８
Ｒ（Ｌ），４０Ｒ（Ｌ），４２Ｒ（Ｌ）から構成され
る。また肩関節と肘関節とは上腕リンク４６Ｒ，４６
Ｌ、肘関節と手首関節とは下腕リンク４８Ｒ，４８Ｌで
連結される。
３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）から、手首関節は関節３８
Ｒ（Ｌ），４０Ｒ（Ｌ），４２Ｒ（Ｌ）から構成され
る。また肩関節と肘関節とは上腕リンク４６Ｒ，４６
Ｌ、肘関節と手首関節とは下腕リンク４８Ｒ，４８Ｌで
連結される。
【００２１】尚、上体（リンク）２８の内部には、図２
に関して後述するマイクロコンピュータからなる制御ユ
ニット５０などが格納される。
に関して後述するマイクロコンピュータからなる制御ユ
ニット５０などが格納される。
【００２２】上記の構成により、脚リンク２は左右の足
についてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこ
れらの６＊２＝１２個の関節を適宜な角度で駆動するこ
とで、足全体に所望の動きを与えることができ、任意に
３次元空間を歩行させることができる（この明細書で
「＊」は乗算を示す）。尚、前記の如く、ロボットの進
行方向（ピッチ方向）をＸ軸、左右方向（ロール方向）
をＹ軸、鉛直方向（重力方向）をＺ軸とする。
についてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中にこ
れらの６＊２＝１２個の関節を適宜な角度で駆動するこ
とで、足全体に所望の動きを与えることができ、任意に
３次元空間を歩行させることができる（この明細書で
「＊」は乗算を示す）。尚、前記の如く、ロボットの進
行方向（ピッチ方向）をＸ軸、左右方向（ロール方向）
をＹ軸、鉛直方向（重力方向）をＺ軸とする。
【００２３】また、腕リンク３は左右の腕についてそれ
ぞれ７つの自由度を与えられ、これらの７＊２＝１４個
の関節を適宜な角度で駆動することで、後述する台車を
押すなどの所望の作業を行うことができる。
ぞれ７つの自由度を与えられ、これらの７＊２＝１４個
の関節を適宜な角度で駆動することで、後述する台車を
押すなどの所望の作業を行うことができる。
【００２４】図１に示す如く、足関節の下方の足平２２
Ｒ（Ｌ）には公知の６軸力センサ５６が取着され、ロボ
ットに作用する外力のうち、接地面からロボットに作用
する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメント
の３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを検出する。
Ｒ（Ｌ）には公知の６軸力センサ５６が取着され、ロボ
ットに作用する外力のうち、接地面からロボットに作用
する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメント
の３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを検出する。
【００２５】更に、手首関節の先端には同種の６軸力セ
ンサ５８がハンド４４Ｒ（Ｌ）に取着され、ロボットに
作用する作業対象物から受ける対象物反力の３方向成分
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを検出する。
ンサ５８がハンド４４Ｒ（Ｌ）に取着され、ロボットに
作用する作業対象物から受ける対象物反力の３方向成分
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを検出する。
【００２６】また、上体２８には傾斜センサ６０が設置
され、Ｚ軸（鉛直方向（重力方向））に対する傾きとそ
の角速度を検出する。また各関節の電動モータはその出
力を減速・増力する減速機（図示せず）を介して該当関
節を構成する前記したリンク２４Ｒ（Ｌ），２６Ｒ
（Ｌ）などを相対変位させると共に、その回転量を検出
するロータリエンコーダが設けられて変位検出器付脚
（腕）アクチュエータとして構成される。これら６軸力
センサ５６などの出力は制御ユニット５０に送られる
（図示の便宜のためロボット１の右半身のみについて示
す）。
され、Ｚ軸（鉛直方向（重力方向））に対する傾きとそ
の角速度を検出する。また各関節の電動モータはその出
力を減速・増力する減速機（図示せず）を介して該当関
節を構成する前記したリンク２４Ｒ（Ｌ），２６Ｒ
（Ｌ）などを相対変位させると共に、その回転量を検出
するロータリエンコーダが設けられて変位検出器付脚
（腕）アクチュエータとして構成される。これら６軸力
センサ５６などの出力は制御ユニット５０に送られる
（図示の便宜のためロボット１の右半身のみについて示
す）。
【００２７】上記において、ハンド４４Ｒ（Ｌ）は具体
的には、基部４４０Ｒ（Ｌ）に取り付けられた指リンク
機構からなり、より具体的には、人の親指類似の第１、
第２関節からなる第１のリンク機構４４１Ｒ（Ｌ）およ
び人指指類似の第１、第２、第３関節からなる第２のリ
ンク機構４４２Ｒ（Ｌ）からなる。尚、図示の簡略化の
ため、第２のリンク機構４４２Ｒ（Ｌ）は、１個のみ示
したが、実際は更に３個備える。
的には、基部４４０Ｒ（Ｌ）に取り付けられた指リンク
機構からなり、より具体的には、人の親指類似の第１、
第２関節からなる第１のリンク機構４４１Ｒ（Ｌ）およ
び人指指類似の第１、第２、第３関節からなる第２のリ
ンク機構４４２Ｒ（Ｌ）からなる。尚、図示の簡略化の
ため、第２のリンク機構４４２Ｒ（Ｌ）は、１個のみ示
したが、実際は更に３個備える。
【００２８】図２は制御ユニット５０の詳細を示すブロ
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ６０などの出力はＡ／Ｄ変
換器７０でデジタル値に変換され、その出力はバス７２
を介してＲＡＭ７４に送られる。また各アクチュエータ
１０などにおいて電動モータに隣接して配置されるエン
コーダの出力は、カウンタ７６を介してＲＡＭ７４内に
入力される。
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ６０などの出力はＡ／Ｄ変
換器７０でデジタル値に変換され、その出力はバス７２
を介してＲＡＭ７４に送られる。また各アクチュエータ
１０などにおいて電動モータに隣接して配置されるエン
コーダの出力は、カウンタ７６を介してＲＡＭ７４内に
入力される。
【００２９】制御ユニット内にはＣＰＵからなる演算装
置８０が設けられており、演算装置８０は後述の如く、
ＲＯＭ８４に予め格納されている歩容に基づいて安定な
姿勢を継続する関節角変位指令（アクチュエータ変位指
令）を算出し、ＲＡＭ７４に送出する。
置８０が設けられており、演算装置８０は後述の如く、
ＲＯＭ８４に予め格納されている歩容に基づいて安定な
姿勢を継続する関節角変位指令（アクチュエータ変位指
令）を算出し、ＲＡＭ７４に送出する。
【００３０】また演算装置８０はＲＡＭ７４からその指
令と検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必
要な制御値を算出してＤ／Ａ変換器８６と各関節に設け
られたアクチュエータ駆動装置（アンプ）８８を介して
各関節を駆動する脚、腕および指の関節の電動モータに
出力する。
令と検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に必
要な制御値を算出してＤ／Ａ変換器８６と各関節に設け
られたアクチュエータ駆動装置（アンプ）８８を介して
各関節を駆動する脚、腕および指の関節の電動モータに
出力する。
【００３１】図３は、図１に示した第１、第２の指リン
ク機構４４１Ｒ（Ｌ），４４２Ｒ（Ｌ）のうちの第２の
指リンク機構４４２Ｒ（Ｌ）の第１関節を詳細に示す平
面図、図４はそのIV−IV線断面図、図５はその底面図で
ある。
ク機構４４１Ｒ（Ｌ），４４２Ｒ（Ｌ）のうちの第２の
指リンク機構４４２Ｒ（Ｌ）の第１関節を詳細に示す平
面図、図４はそのIV−IV線断面図、図５はその底面図で
ある。
【００３２】図示の如く、第２の指リンク機構４４２Ｒ
（Ｌ）は、基部４４０Ｒ（Ｌ）に取り付けられた、鉄材
などからなる第１のリンク４００を備える。第１のリン
ク４００の内部には電動モータ４０２が収容され、第１
のリンクの自由端付近にはプーリ４０４が回転自在に取
付けられると共に、プーリ４０４には公知のハーモニッ
ク減速機４０６のウェーブ・ジェネレータ４０６ａが一
体的に固定される。
（Ｌ）は、基部４４０Ｒ（Ｌ）に取り付けられた、鉄材
などからなる第１のリンク４００を備える。第１のリン
ク４００の内部には電動モータ４０２が収容され、第１
のリンクの自由端付近にはプーリ４０４が回転自在に取
付けられると共に、プーリ４０４には公知のハーモニッ
ク減速機４０６のウェーブ・ジェネレータ４０６ａが一
体的に固定される。
【００３３】電動モータ４０２の駆動力はベルト４０８
およびプーリ４０４を介してハーモニック減速機４０６
のウェーブ・ジェネレータ４０６ａ（入力軸あるいは入
力部）に伝達され、それを回転させる。ハーモニック減
速機４０６において、入力されたモータ回転は、フレク
スプライン４０６ｂおよびサーキュラ・スプライン４０
６ｃ（出力軸あるいは出力部）を介して所定の減速比に
減速・倍力される。
およびプーリ４０４を介してハーモニック減速機４０６
のウェーブ・ジェネレータ４０６ａ（入力軸あるいは入
力部）に伝達され、それを回転させる。ハーモニック減
速機４０６において、入力されたモータ回転は、フレク
スプライン４０６ｂおよびサーキュラ・スプライン４０
６ｃ（出力軸あるいは出力部）を介して所定の減速比に
減速・倍力される。
【００３４】図示の構造においては、フレクスプライン
４０６ｂを第１のリンク４００に固定すると共に、サー
キュラ・スプライン４０６ｃを同様に鉄材などからなる
第２のリンク４１０に固定する。よって、電動モータ４
０２の駆動力（入力）に応じて第１のリンク４００に対
し、第２のリンク４１０を入力モータ回転より減速され
た回転数で相対変位させる。電動モータ４０２の回転
は、エンコーダ４１４によって検出される。
４０６ｂを第１のリンク４００に固定すると共に、サー
キュラ・スプライン４０６ｃを同様に鉄材などからなる
第２のリンク４１０に固定する。よって、電動モータ４
０２の駆動力（入力）に応じて第１のリンク４００に対
し、第２のリンク４１０を入力モータ回転より減速され
た回転数で相対変位させる。電動モータ４０２の回転
は、エンコーダ４１４によって検出される。
【００３５】第２のリンク４１０にはネジ４１６，４１
８を介して柱材４２０が設けられる。また、サーキュラ
・スプライン４０６ｃと第２のリンク４１０の間には、
比較的小径で変形しやすいように構成された柱状部４２
４が、複数個、具体的には６個、関節の回転軸線４２６
の周りに相互に間隔をおいて配置される。図６に、その
構成を模式的に示す。図４に示す如く、前記６個の柱状
部４２４の内側に減速機構（ハーモニック減速機４０
６）が収容される。
８を介して柱材４２０が設けられる。また、サーキュラ
・スプライン４０６ｃと第２のリンク４１０の間には、
比較的小径で変形しやすいように構成された柱状部４２
４が、複数個、具体的には６個、関節の回転軸線４２６
の周りに相互に間隔をおいて配置される。図６に、その
構成を模式的に示す。図４に示す如く、前記６個の柱状
部４２４の内側に減速機構（ハーモニック減速機４０
６）が収容される。
【００３６】ここで、柱材４２０には凹部が設けられ、
そこにサーキュラ・スプライン４０６ｃの上端付近にロ
ッド４２８を介して取り付けられたギャップセンサ４３
０が配置される。ギャップセンサ４３０は非接触の渦電
流式の変位センサであり、図７に示す如く、コイルから
なるセンサヘッド４３０ａ（図３）を備える。センサヘ
ッド４３０ａは、図３に示す如く、第２のリンク４１０
に固定されたサーキュラ・スプライン４０６ｃに接近し
て配置される。
そこにサーキュラ・スプライン４０６ｃの上端付近にロ
ッド４２８を介して取り付けられたギャップセンサ４３
０が配置される。ギャップセンサ４３０は非接触の渦電
流式の変位センサであり、図７に示す如く、コイルから
なるセンサヘッド４３０ａ（図３）を備える。センサヘ
ッド４３０ａは、図３に示す如く、第２のリンク４１０
に固定されたサーキュラ・スプライン４０６ｃに接近し
て配置される。
【００３７】従って、第２のリンク４１０に外力（トル
ク）が印加されると、柱状部４２４が撓み、関節回転軸
線４２６（ウェーブ・ジェネレータ４０６ａの入力軸）
まわりに第２のリンク４１０が印加トルクに比例して変
位、例えば数mm変位する。そのサーキュラ・スプライン
４０６ｃと第２のリンク４１０の回転角度差をギャップ
センサ４３０のセンサヘッド４３０ａで検出することに
より、第２のリンクに印加されたトルクを検出すること
ができる。
ク）が印加されると、柱状部４２４が撓み、関節回転軸
線４２６（ウェーブ・ジェネレータ４０６ａの入力軸）
まわりに第２のリンク４１０が印加トルクに比例して変
位、例えば数mm変位する。そのサーキュラ・スプライン
４０６ｃと第２のリンク４１０の回転角度差をギャップ
センサ４３０のセンサヘッド４３０ａで検出することに
より、第２のリンクに印加されたトルクを検出すること
ができる。
【００３８】即ち、変位量に応じてセンサヘッド４３０
ａのコイルのインダクタンスが変化し、図７に示す如
く、その出力は検出回路４３２に入力され、そこで発振
回路出力を平滑して出力電圧を得ることで、トルクを検
出することができる。図８に、センサ出力電圧と印加ト
ルクの特性を示す。尚、図７に示す検出回路自体は公知
なものである。
ａのコイルのインダクタンスが変化し、図７に示す如
く、その出力は検出回路４３２に入力され、そこで発振
回路出力を平滑して出力電圧を得ることで、トルクを検
出することができる。図８に、センサ出力電圧と印加ト
ルクの特性を示す。尚、図７に示す検出回路自体は公知
なものである。
【００３９】上記の如くして検出されたトルクに基づ
き、図２に示す制御ユニットにおいては検出回路４３２
の出力からトルク検出値を読み取り、ロボット１の動作
を制御して作業対象物を把持させるなどの動作を行う。
尚、図４において、符号４３３，４３４，４３５，４３
６，４３８はベアリングを示す。
き、図２に示す制御ユニットにおいては検出回路４３２
の出力からトルク検出値を読み取り、ロボット１の動作
を制御して作業対象物を把持させるなどの動作を行う。
尚、図４において、符号４３３，４３４，４３５，４３
６，４３８はベアリングを示す。
【００４０】この実施の形態に係る関節トルク検出装置
においては、図示の如く、検出装置の主要部材である複
数個の柱状部４２４は、ハーモニック減速機４０６のサ
ーキュラ・スプライン４０６ｃに連結され、関節回転軸
線４２６方向に延長させられて、フレクスプライン４０
６ｂを囲むように構成される。この構成によって、柱状
部４２４を、関節回転軸線４２６方向にも、それに直交
する半径（幅ないし横）方向にも突出することなく配置
することができる。換言すれば、トルク検出装置を設け
ることにより、関節構造を大型化することがない。
においては、図示の如く、検出装置の主要部材である複
数個の柱状部４２４は、ハーモニック減速機４０６のサ
ーキュラ・スプライン４０６ｃに連結され、関節回転軸
線４２６方向に延長させられて、フレクスプライン４０
６ｂを囲むように構成される。この構成によって、柱状
部４２４を、関節回転軸線４２６方向にも、それに直交
する半径（幅ないし横）方向にも突出することなく配置
することができる。換言すれば、トルク検出装置を設け
ることにより、関節構造を大型化することがない。
【００４１】また、センサヘッド４３０ａはサーキュラ
・スプライン４０６ｃを介して第２のリンク４１０に取
付けられているため、第２のリンク４１０に作用する力
をねじりトルクとして直接検出することができる。即
ち、駆動力伝達系に遊び、バックラッシュなどが生じる
ことがないため、図８に示す如く、正逆回転方向のトル
クに対して不感帯が存在せず、線型な検出特性を得るこ
とができ、検出精度が向上する。
・スプライン４０６ｃを介して第２のリンク４１０に取
付けられているため、第２のリンク４１０に作用する力
をねじりトルクとして直接検出することができる。即
ち、駆動力伝達系に遊び、バックラッシュなどが生じる
ことがないため、図８に示す如く、正逆回転方向のトル
クに対して不感帯が存在せず、線型な検出特性を得るこ
とができ、検出精度が向上する。
【００４２】また、歪みゲージを張りつける場合に比
し、信頼性、耐久性の面でも向上する。更に、発振回路
出力を平滑して出力電圧を得ているので、耐ノイズ性も
向上する。
し、信頼性、耐久性の面でも向上する。更に、発振回路
出力を平滑して出力電圧を得ているので、耐ノイズ性も
向上する。
【００４３】また、関節回転軸線に直角方向の力に対し
てはベアリングで受けているため、その力がトルク検出
に干渉することがない。
てはベアリングで受けているため、その力がトルク検出
に干渉することがない。
【００４４】上記の如く、この実施の形態においては、
２つのリンク（第１のリンク４００、第２のリンク４１
０）を相対変位させる関節（第２の指リンク機構４４
２）において、前記関節の回転軸線（４２６）の周りに
入力部と出力部を連結する柱状部（４２４）を複数個配
置し、その変形量から印加トルクを検出すると共に、前
記複数個の柱状部の内側に減速機構（ハーモニック減速
機４０６）を収容する如く構成した。また前記変形量は
前記リンク間の相対変位である如く構成した。
２つのリンク（第１のリンク４００、第２のリンク４１
０）を相対変位させる関節（第２の指リンク機構４４
２）において、前記関節の回転軸線（４２６）の周りに
入力部と出力部を連結する柱状部（４２４）を複数個配
置し、その変形量から印加トルクを検出すると共に、前
記複数個の柱状部の内側に減速機構（ハーモニック減速
機４０６）を収容する如く構成した。また前記変形量は
前記リンク間の相対変位である如く構成した。
【００４５】尚、上記において渦電流式の変位計を用い
たが、それに限るものではなく、静電容量式などあらゆ
る変位計を使用することができる。また、変形量を前記
リンク間の変位量として検出したが、歪みなどから検出
しても良い。
たが、それに限るものではなく、静電容量式などあらゆ
る変位計を使用することができる。また、変形量を前記
リンク間の変位量として検出したが、歪みなどから検出
しても良い。
【００４６】また、減速機としてハーモニック減速機を
使用したが、それに限られるものではなく、遊星歯車式
の減速機でも良く、あるいはその他の機構を持つ減速機
であっても良い。
使用したが、それに限られるものではなく、遊星歯車式
の減速機でも良く、あるいはその他の機構を持つ減速機
であっても良い。
【００４７】また、脚式移動ロボットを例にとって、こ
の発明を説明したが、それに限られるものではなく、固
定型の産業ロボットにも応用することができ、さらには
ロボットに限らず、あらゆる回転軸のトルク検出に応用
することができる。
の発明を説明したが、それに限られるものではなく、固
定型の産業ロボットにも応用することができ、さらには
ロボットに限らず、あらゆる回転軸のトルク検出に応用
することができる。
【００４８】
【発明の効果】リンクの駆動装置の出力軸、換言すれば
幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リン
クのような小型のリンク機構にも収納できると共に、耐
久性および検出精度も向上する。
幅（横）方向に突出することがなく、ロボットの指リン
クのような小型のリンク機構にも収納できると共に、耐
久性および検出精度も向上する。
【図１】この発明に係る関節トルクの検出装置を２足歩
行の脚式移動ロボットに応用した場合を例にとって示す
全体的に示す説明図である。
行の脚式移動ロボットに応用した場合を例にとって示す
全体的に示す説明図である。
【図２】図１に示す脚式移動ロボットの制御ユニットの
詳細を示すブロック図である。
詳細を示すブロック図である。
【図３】図１に示す脚式移動ロボットの指リンク機構を
詳細に示す説明平面図である。
詳細に示す説明平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】図３に示す機構の底面図である。
【図６】図３ないし図５に示す機構におけるトルク検出
装置の柱状部の配置構成などを模式的に示す説明図であ
る。
装置の柱状部の配置構成などを模式的に示す説明図であ
る。
【図７】この発明に係るトルク検出装置の検出回路図で
ある。
ある。
【図８】この発明に係るトルク検出装置の検出特性を示
すグラフ図である。
すグラフ図である。
１ ２足歩行ロボット（脚式移動
ロボット） ２ 脚リンク ３ 腕リンク ２２Ｒ，Ｌ 足平 ２８ 上体 ４４Ｒ，Ｌ ハンド ５０ 制御ユニット ４４０Ｒ，Ｌ 基部 ４４１Ｒ，Ｌ 第１の指リンク機構 ４４２Ｒ，Ｌ 第２の指リンク機構 ４００ 第１のリンク ４０６ ハーモニック減速機（減速機
構） ４２４ 柱状部 ４２６ 関節回転軸線 ４３０ ギャップセンサ ４３０ａ センサヘッド
ロボット） ２ 脚リンク ３ 腕リンク ２２Ｒ，Ｌ 足平 ２８ 上体 ４４Ｒ，Ｌ ハンド ５０ 制御ユニット ４４０Ｒ，Ｌ 基部 ４４１Ｒ，Ｌ 第１の指リンク機構 ４４２Ｒ，Ｌ 第２の指リンク機構 ４００ 第１のリンク ４０６ ハーモニック減速機（減速機
構） ４２４ 柱状部 ４２６ 関節回転軸線 ４３０ ギャップセンサ ４３０ａ センサヘッド
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つのリンクを相対変位させる関節にお
いて、前記関節の回転軸線の周りに入力部と出力部を連
結する柱状部を複数個配置し、その変形量から印加トル
クを検出すると共に、前記複数個の柱状部の内側に減速
機構を収容したことを特徴とする関節トルク検出装置。 - 【請求項２】 前記変形量は前記リンク間の相対変位で
あることを特徴とする請求項１項記載の関節トルク検出
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9113339A JPH10286789A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 関節トルク検出装置 |
| US09/059,299 US6220104B1 (en) | 1997-04-15 | 1998-04-14 | Joint torque detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9113339A JPH10286789A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 関節トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10286789A true JPH10286789A (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=14609747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9113339A Pending JPH10286789A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 関節トルク検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6220104B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10286789A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1070571A1 (en) * | 1999-02-10 | 2001-01-24 | Sony Corporation | Device and method for controlling joint mechanism, joint device, robot device, and method for controlling robot device |
| KR101138532B1 (ko) * | 2011-03-03 | 2012-04-25 | 주식회사 이턴 | 로봇 관절용 토크 측정 장치 및 그 방법 |
| KR101141719B1 (ko) | 2009-12-28 | 2012-05-03 | 전자부품연구원 | 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법 |
| KR101328426B1 (ko) * | 2012-03-28 | 2013-11-14 | 전자부품연구원 | 토크 측정 장치 및 시스템 |
| CN106556510A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-04-05 | 合肥工业大学 | 一种在线监测轴类零件结构运动间隙的装置 |
| JP2017096929A (ja) * | 2015-11-18 | 2017-06-01 | キヤノン株式会社 | センサ、駆動機構、およびロボット |
| US10350767B2 (en) | 2015-11-18 | 2019-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor, driving mechanism, and robot |
| DE102022213548A1 (de) | 2021-12-24 | 2023-06-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Roboter |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2426980C (en) * | 2000-11-17 | 2009-02-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Legged robot |
| US6492807B2 (en) * | 2001-02-06 | 2002-12-10 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Absolute angle sensor for multi-turn shaft |
| JP3749946B2 (ja) * | 2002-02-07 | 2006-03-01 | 国立大学法人 東京大学 | 関節機構、それを用いた双腕ロボットおよび二足歩行ロボット |
| EP1696216A1 (en) * | 2005-02-25 | 2006-08-30 | Abb Ab | Method and device for measuring torque in a robot |
| US7231837B2 (en) * | 2005-05-06 | 2007-06-19 | Oceaneering International, Inc. | Angular movement detector and networks of angular movement detectors for controlling movement of an articulated arm and a method for their use |
| EP1795314B1 (en) * | 2005-12-12 | 2009-10-21 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Legged mobile robot control system |
| DE102008041866B3 (de) * | 2008-09-08 | 2010-04-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zum Überprüfen einer Bremse eines Roboters |
| US8662552B2 (en) | 2010-02-23 | 2014-03-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Dexterous and compliant robotic finger |
| JP5899660B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2016-04-06 | ソニー株式会社 | アクチュエーター装置、多軸駆動装置、並びにロボット装置 |
| JP7058929B2 (ja) * | 2015-10-27 | 2022-04-25 | キヤノン株式会社 | 駆動装置、ロボット装置、制御方法、物品の製造方法、制御プログラム、および記録媒体 |
| CN105865678B (zh) * | 2016-06-14 | 2019-01-15 | 格力电器（武汉）有限公司 | 一种电机扭矩测试设备 |
| TWI667049B (zh) * | 2017-09-25 | 2019-08-01 | 林宗正 | 可減少雜訊的感測模組 |
| CN108163080B (zh) * | 2017-12-04 | 2024-01-23 | 香港中文大学（深圳） | 能适应复杂崎岖地形的高负载能力的电驱动四足机器人 |
| US11077566B2 (en) * | 2019-03-12 | 2021-08-03 | Boston Dynamics, Inc. | Robotic leg |
| DE102020204532A1 (de) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Lagemessung bei einer Positioniervorrichtung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4348154A (en) * | 1978-02-01 | 1982-09-07 | Wind Engineering Corporation | Adjustable vane windmills |
| TW371646B (en) * | 1996-09-26 | 1999-10-11 | Mistubishi Heavy Ind Ltd | Driving unit for an electric motor driven bicycle |
-
1997
- 1997-04-15 JP JP9113339A patent/JPH10286789A/ja active Pending
-
1998
- 1998-04-14 US US09/059,299 patent/US6220104B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101141719B1 (ko) | 2009-12-28 | 2012-05-03 | 전자부품연구원 | 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법 |
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| DE102022213548A1 (de) | 2021-12-24 | 2023-06-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Roboter |
| DE102022213548B4 (de) | 2021-12-24 | 2024-04-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Roboter mit verschiedenen Drehmomentsensoren in verschiedenen Gelenken |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6220104B1 (en) | 2001-04-24 |
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