JP2699941B2 - Robot joints - Google Patents

Robot joints

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JP2699941B2
JP2699941B2 JP7183872A JP18387295A JP2699941B2 JP 2699941 B2 JP2699941 B2 JP 2699941B2 JP 7183872 A JP7183872 A JP 7183872A JP 18387295 A JP18387295 A JP 18387295A JP 2699941 B2 JP2699941 B2 JP 2699941B2
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伸彰 ▲高▼梨
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結合・分解を容易とする
ロボット関節に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot joint which facilitates connection and disassembly.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、多自由度の動作を実現するロボッ
ト関節は、複数リンクと、リンクを結合する関節からな
り、関節を構成するモータの駆動ケーブル及びエンコー
ダやセンサなどの接続ケーブルはリンク内部もしくはリ
ンクに沿って恒常的に結合されるため、複数リンク相互
の分解は容易でなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a robot joint for realizing a multi-degree-of-freedom operation is composed of a plurality of links and a joint for connecting the links. Alternatively, since the link is permanently connected along the link, it is not easy to disassemble the plurality of links.

【0003】さらに、全関節は集中した一ヵ所の制御装
置により全て制御されており、関節構造を変更した場合
は、制御装置内の制御プログラムを開発し直す必要があ
った。上記制約により、関節構造を自在に変化させるロ
ボット関節の開発は困難であった。
Further, all the joints are all controlled by a centralized control device, and when the joint structure is changed, it is necessary to develop a control program in the control device again. Due to the above restrictions, it has been difficult to develop a robot joint that freely changes the joint structure.

【0004】ロボット関節をモジュラ化して、動的に結
合状態を再構成させるシステムの提案は、福田等によ
り、“動的再構成可能ロボットシステムに関する研
究”、という題目で日本ロボット学会第8回学術講演会
予稿集に述べられている。
The proposal of a system for modularizing robot joints and dynamically reconstructing the connected state was proposed by Fukuda et al. Under the title of "Research on Dynamically Reconfigurable Robotic Systems", The 8th Annual Meeting of the Robotics Society of Japan. It is described in the proceedings of the lecture.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記従来のモジュラ化
したロボット関節では、複数の関節相互の分離と結合を
実現できるが、機構は複雑となり関節毎の重量も大きい
ため、ロボットアームのように多数の関節を空間で変形
させる機構を構成することは困難であった。
In the conventional modular robot joint, a plurality of joints can be separated and connected to each other. However, since the mechanism is complicated and the weight of each joint is large, a large number of joints such as a robot arm are required. It was difficult to construct a mechanism for deforming the joint in space.

【0006】また、複数の関節に対し、機構毎の構造的
パラメータを全体の制御部が管理する必要があり、制御
構造が複雑になるという課題があった。さらに、多数の
関節を接続すると関節毎の座標変換行列演算が増加して
いくという課題もあった。
In addition, there has been a problem that it is necessary for the entire control unit to manage structural parameters for each mechanism for a plurality of joints, and the control structure becomes complicated. Further, there is another problem that when a large number of joints are connected, the coordinate transformation matrix calculation for each joint increases.

【0007】本発明の目的はこれらの課題を解決したロ
ボット関節を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a robot joint that solves these problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、1また
は複数の自由度の屈曲又は伸縮可能な関節及び関節駆動
機構と、関節駆動部と制御演算部からなり電気的及び機
械的に互いに分離・結合可能とするロボット関節におい
て、第一として、前記関節をはさんで両側に関節モジュ
ールの構造体となるリンクを設置し、かつ第一のリンク
は隣接関節モジュール結合後の断面の第一の半分片側を
占める形状とし、第二のリンクは前記断面の第一の半分
とは逆側の第二の半分片側を占める形状とし、かつ第一
及び第二のリンク先端に結合ピンを設置し、かつ相隣接
する関節モジュールの前記第一及び第二のリンクがもっ
とも長く接する部位に機械的ガイド部を設置してなるこ
とを特徴とするロボット関節、及び、第二として第一に
記載のロボット関節において、モータの駆動動作を制御
する制御演算部として、現在の関節変位に対応する隣接
関節間の座標変換行列の算出手段を持つことを特徴とす
るロボット関節、及び、第三として、請求項1および2
のいずれかに該当するロボット関節の組み合わせからな
り、かつ互いに大きさの異なる前記複数のロボット関節
同士を、結合変換モジュールを介して組み合わせたこと
を特徴とするロボット関節、が得られる。
According to the present invention, one or more of the following:
Has multiple degrees of freedom of bending or telescopic joints and joint drives
It consists of a mechanism, a joint drive unit, and a control calculation unit.
Robot joints that can be mechanically separated and connected to each other
First, the joint module is placed on both sides of the joint.
A link that will form the structure of the
Is the first half of the cross section after the adjacent joint module is connected
Shape and the second link is the first half of the cross section
And occupy the second half on the opposite side, and the first
And a connecting pin at the end of the second link and adjacent to each other
The first and second links of the
A mechanical guide section in the area where
Robot joints, and secondly first
In the described robot joint, control the drive operation of the motor
The control operation unit that performs
Characterized by having means for calculating a coordinate transformation matrix between joints
Claims 1 and 2
From a combination of robot joints that
The plurality of robot joints having different sizes from each other
Combined with each other via a joint conversion module
Robot joint characterized by

【0009】[0009]

【実施例】本発明の具体的な実施例について図面を用い
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0010】図1は、本発明の参考例を示す斜視図であ
る。図において、1または複数の自由度を持つ屈曲また
は伸縮可能な関節1は、関節を挟んだ両側のリンク2及
び3を結合して、関節モジュールを構成する。関節モジ
ュール内部には、関節を駆動するモータ11及び減速機
構12と、モータ11を駆動するモータドライバ21及
び駆動動作を制御する制御演算部22が一体として設置
されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a reference example of the present invention. In the figure, a bendable or telescopic joint 1 having one or a plurality of degrees of freedom forms a joint module by connecting links 2 and 3 on both sides of the joint. Inside the joint module, a motor 11 and a deceleration mechanism 12 for driving the joint, a motor driver 21 for driving the motor 11 and a control operation unit 22 for controlling the driving operation are integrally provided.

【0011】リンク2及びリンク3の端部には、相隣接
する関節モジュール間を電気的に接続する電気的接続コ
ネクタ31及び32と、相隣接する関節モジュールを互
いに機械的に結合する結合ピン41及び結合ピンの固定
手段42及び結合を強化する機械的ガイド部43からな
る機械的結合機構が設置されている。
At the ends of the link 2 and the link 3, electrical connectors 31 and 32 for electrically connecting adjacent joint modules, and connecting pins 41 for mechanically connecting the adjacent joint modules to each other. And a mechanical coupling mechanism comprising a coupling pin fixing means 42 and a mechanical guide 43 for strengthening the coupling.

【0012】図3は本発明の第一の実施例を示す斜視図
(a)及び側面図(b)である。図において、1または
複数の自由度を持つ屈曲又は伸縮可能な関節1は、関節
をはさんだ両側のリンク2及び3を結合して、関節モジ
ュールを構成する。関節モジュール内部には、関節を駆
動するモータ11及び減速機構12と、モータ11を駆
動するモータドライバ21及び駆動動作を制御する制御
演算部22が一体として設置されている。特に、関節1
をはさんで両側に設置したリンク2及びリンク3に関し
て、リンク2は隣接関節モジュール結合後の断面の第一
の半分片側を占める形状とし、リンク3は前記断面の第
一の半分とは逆側の第二の半分片側を占める形状とす
る。図に示した例では、いちれいとして、リンク2は結
合後のリンクの上側半分となり、リンク3は下半分とな
る形状としている。つまり、当該関節モジュールのリン
ク2は、隣接する関節モジュールのリンク3の上側にか
ぶさるように結合される。
FIG . 3 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
(A) and a side view (b). In the figure, 1 or
A flexible or telescopic joint 1 having a plurality of degrees of freedom
Link 2 and 3 on both sides of the joint
Configure the module. Drive the joints inside the joint module.
The motor 11 and the speed reduction mechanism 12
Moving motor driver 21 and control for controlling driving operation
The calculation unit 22 is provided integrally. In particular, joint 1
Link 2 and link 3 placed on both sides
The link 2 is the first section of the cross section after the adjacent joint module is connected.
The link 3 has a shape occupying one half of the
The shape occupies one half of the second half opposite to one half
You. In the example shown in the figure, link 2 is
Link 3 becomes the lower half of the link after joining.
Shape. That is, the link of the joint module
Is located above link 3 of the adjacent joint module.
Combined to hit.

【0013】リンク2及びリンク3の先端には結合ピン
41A,41B,41C,41D及び結合ピン固定手段
42A,42B,42C,42Dを設置する。リンク2
の下側の2辺43A及び、リンク3の上側2辺43B
は、それぞれ互いに嵌合しあう機械的ガイドとなるよう
構成する。結合ピンと機械的ガイドにより、複数の関節
モジュールを種々の方向に対する曲げやねじりなどの印
加力に対して強固に結合することができる。
A linking pin is provided at the tip of each of the links 2 and 3.
41A, 41B, 41C, 41D and coupling pin fixing means
42A, 42B, 42C, and 42D are installed. Link 2
Lower side 43A and upper side 43B of link 3
Are mechanical guides that fit each other
Configure. Multiple joints with connecting pins and mechanical guides
Marking the module in various directions, such as bending and twisting
It can be firmly connected to an applied force.

【0014】また、図3に示す構成では関節1を2方向
に変形可能な2自由度調節とした場合、これを駆動する
ためのモータ11A及び11Bと、モータに同軸に結合
した減速器12A及び12Bをそれぞれリンク2及びリ
ンク3の内側に内蔵することができる。通常、大きなト
ルクを発生させるモータ及び減速器は直径は小さくても
長さは長い場合が多い。図に示す構成では隣接する関節
モジュールのモータ及び減速器を上下に重ねて配置可能
なため、複数の関節モジュールを結合した場合にも関節
間の間隔をモータ及び減速器1組分の長さに近づけるこ
とが可能となる。駆動トルクが大きいため、モータと分
離して減速器をより関節1に近い場所に設置した場合に
も、モータを上下に重ねて配置可能なため、複数の関節
モジュールを結合した場合に関節間の間隔を短縮するこ
とが可能である。
In the configuration shown in FIG. 3, the joint 1 is moved in two directions.
When two-degree-of-freedom adjustment is possible, it is driven
11A and 11B for connection and coaxially connected to the motor
Link the speed reducers 12A and 12B
It can be built inside the link 3. Usually large
Motors and decelerators that generate torque are small in diameter
The length is often long. In the configuration shown, adjacent joints
Module motors and reducers can be arranged one above the other
Therefore, even when multiple joint modules are connected,
The distance between them should be close to the length of one set of motor and reducer.
It becomes possible. Because the driving torque is large,
When the speed reducer is installed closer to the joint 1
The motor can be placed on top of
Reduce the distance between joints when connecting modules
And it is possible.

【0015】制御演算部22及び、モータドライバ21
は、リンク3に設置することができる。また、リンク2
とリンク3の接合部に電気的接続コネクタ31及び32
を設置する。
The control operation unit 22 and the motor driver 21
Can be installed on the link 3. Link 2
Electrical connection connectors 31 and 32
Is installed.

【0016】図2は、関節モジュールに搭載する制御演
算部22の構成を示すブロック図である。演算CPU2
21と関節パラメータの記憶手段222と、相隣接する
関節モジュール間の通信手段223と、相隣接する関節
モジュール間を電気的に接続する電源線224及び通信
線225及び補助的接続線226とが設置され、それぞ
れ電気的接続コネクタ31及び32に接続されている。
そこで、演算CPU221は、制御演算を実行するに必
要な演算回路、メモリ、クロック発生回路、周辺入出力
回路、等を含んだブロックとして示してあり、ワンチッ
プ上に集積しても、複数チップとして実装しても良い。
なお、モータドライバとの接続は省略してある。
FIG . 2 shows a control function mounted on the joint module.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a calculation unit 22. Arithmetic CPU2
21 and the joint parameter storage means 222
Communication means 223 between the joint modules and adjacent joints
Power supply line 224 for electrically connecting modules and communication
A line 225 and an auxiliary connection line 226 are provided, respectively.
Connected to the electrical connectors 31 and 32.
Therefore, the arithmetic CPU 221 is required to execute the control arithmetic.
Necessary arithmetic circuit, memory, clock generation circuit, peripheral input / output
It is shown as a block containing circuits, etc.
It may be integrated on a chip or mounted as a plurality of chips.
The connection with the motor driver is omitted.

【0017】関節パラメータの記憶手段222として
は、読み出し専用メモリなどを使用して関節モジュール
の形状・機構構成に関するパラメータを全て関節モジュ
ール上に搭載する構成と、読み出し専用メモリ若しくは
ジャンパ線などにより単に関節モジュールの番号のみ記
憶し、関節モジュール外部に設けたホスト計算機上に関
節パラメータを記憶する構成のいずれをとっても良い。
As the joint parameter storage means 222
Is a joint module using read only memory
All parameters related to the shape and mechanism configuration of the joint module
Configuration with a read-only memory or
Simply write the number of the joint module by jumper wire, etc.
Remember, a host computer installed outside the joint module
Any of the configurations for storing clause parameters may be used.

【0018】また、図2に示した制御演算部22を構成
する各ブロック及びモータドライバ21は、同一の回路
基板に搭載する構成と、いくつかの基板に分離して搭載
する構成のいずれによっても本発明が実現されることに
は相違はなく、実装上の要請に応じて選択して良いこと
は明らかである。
The control operation unit 22 shown in FIG.
Blocks and the motor driver 21 are the same circuit.
Configuration to be mounted on a board and mounting separately on several boards
That the present invention is realized by any of the configurations
There is no difference, it can be selected according to implementation requirements
Is clear.

【0019】図4は本発明の第3の実施例を示す斜視図
である。基本構成要素は第2の実施例と同一であるが、
特に、関節1をはさんで両側に設置するリンク2及び3
に関し、一方のリンク2には関節モジュールを構成する
要素の内、電気的接続コネクタ31及び機械的結合機構
を構成する結合ピン41及び機械的ガイド43などを設
置する。また、他方のリンク3には、電気的接続コネク
タ32及び機械的結合機構を構成する結合ピン固定手段
42及び機械的ガイド43に加え、関節を駆動するモー
タ及び減速器10と、その電気的駆動回路及び制御回路
20を設置する。
FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention. The basic components are the same as in the second embodiment,
In particular, links 2 and 3 placed on both sides of joint 1
As for the link 2, among the components constituting the joint module, an electrical connector 31 and a coupling pin 41 and a mechanical guide 43 constituting a mechanical coupling mechanism are installed. The other link 3 includes a motor and a speed reducer 10 for driving a joint, in addition to an electric connector 32 and a connecting pin fixing means 42 and a mechanical guide 43 constituting a mechanical connecting mechanism. The circuit and the control circuit 20 are installed.

【0020】図4に示す構成によれば、リンク2側には
モータを設置しないので、モータの長さを考慮する必要
が無い。関節の中心から極力短い距離にハンドやカメラ
などの機能部品を取り付けることができ、操作性のよい
関節モジュールが得られる。
According to the configuration shown in FIG. 4, since no motor is provided on the link 2 side, there is no need to consider the length of the motor. A functional component such as a hand or a camera can be attached as short as possible from the center of the joint, and a joint module with good operability can be obtained.

【0021】図5は本発明の第3の実施例を示すブロッ
ク図である。本発明の第1、第2の実施例に搭載される
制御演算部の実施例を示すブロック図である。図2に示
した制御演算部の構成に加えて、現在の関節変位に対応
する隣接関節間の座標変換行列の算出手段230を持つ
点が特徴である。
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram illustrating an embodiment of a control operation unit mounted on the first and second embodiments of the present invention. It is characterized in that, in addition to the configuration of the control calculation unit shown in FIG. 2, there is a means 230 for calculating a coordinate transformation matrix between adjacent joints corresponding to the current joint displacement.

【0022】関節モジュールに搭載するCPUの演算能
力に余裕がある場合、各関節モジュール上に搭載したC
PUにて関節変位を計測後、各関節上で座標変換行列を
計算し、ホスト計算機に転送する構成とする。多数の関
節を接続していても計測した関節変位から座標変換行列
を求める処理は一関節モジュール分のみの演算時間で良
い。座標変換行列を転送する時間がオーバヘッドとして
必要となるが、高速通信線を適用している場合には問題
にならない。このため、全体制御用のCPUの負荷を大
幅に軽減し、複数関節モジュールを結合した機構の全体
制御演算を高速に実行することができる。
If the CPU mounted on each joint module has sufficient computing power, the C
After the joint displacement is measured by the PU, a coordinate transformation matrix is calculated on each joint and transferred to the host computer. Even when a large number of joints are connected, the process for obtaining the coordinate transformation matrix from the measured joint displacements requires only a calculation time for one joint module. Although the time required to transfer the coordinate transformation matrix is required as an overhead, it does not matter when a high-speed communication line is applied. For this reason, the load on the CPU for overall control can be significantly reduced, and the overall control operation of a mechanism in which a plurality of joint modules are coupled can be executed at high speed.

【0023】図6は、本発明の第4の実施例を示す側面
図である。本発明の第1から第3のいずれかに該当する
ロボット関節であって、同一の形状・大きさの複数の関
節モジュールを多数組み合わせている。本発明に従う構
成により、結合する関節モジュール数は適用する作業に
応じて自由に増減することができる。特に、宇宙空間な
ど、重力の影響が微少な環境では、多数の関節モジュー
ルを結合して複雑な作業に適用することが容易である。
FIG. 6 is a side view showing a fourth embodiment of the present invention. A robot joint according to any one of the first to third aspects of the present invention, in which a large number of joint modules having the same shape and size are combined. With the configuration according to the present invention, the number of joint modules to be connected can be freely increased or decreased according to the operation to be applied. In particular, in an environment where the influence of gravity is minimal, such as in outer space, it is easy to combine a large number of joint modules and apply them to complicated tasks.

【0024】図7は、本発明の第4の実施例によるロボ
ット関節を駆動した結果の3次元形状を示す図である。
同一の形状の多数の関節モジュールの結合により、3次
元的な形状をとりながらも凹凸の少ない外形であり、複
雑な部分への挿入などが可能となる。
FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional shape resulting from driving a robot joint according to a fourth embodiment of the present invention.
By coupling a large number of joint modules having the same shape, the outer shape has a small unevenness while taking a three-dimensional shape, and it becomes possible to insert it into a complicated part.

【0025】図8は本発明の第5の実施例を示す側面図
である。本発明の第1から第3のいずれかに該当するロ
ボット関節であって、互いに大きさの異なる複数の関節
モジュールを直列に多数組み合わせている。このとき、
大きさの異なる調節モジュールは直接は結合することが
できないため、結合変換モジュール4を介して組み合わ
せる。これにより、重力の影響を受ける環境で使用する
場合、ロボット関節を固定する部分に近い関節モジュー
ルは大型かつ大トルクを発生可能な物を使用し、先端に
近づくに従って小型かつ軽量の関節モジュールを使用す
ることができる。これにより、重力の影響を受ける環境
においても多数の関節モジュールを結合し、複雑な作業
に適用することが可能となる。
FIG. 8 is a side view showing a fifth embodiment of the present invention. A robot joint according to any one of the first to third aspects of the present invention, in which a plurality of joint modules having different sizes are combined in series. At this time,
Adjustment modules of different sizes cannot be directly coupled and are combined via a coupling conversion module 4. As a result, when used in an environment affected by gravity, the joint module close to the part where the robot joint is fixed should be large and capable of generating large torque, and the smaller and lighter joint module will be used closer to the tip. can do. Thus, even in an environment affected by gravity, a large number of joint modules can be connected and applied to a complicated operation.

【0026】一方、図8の右方に示すように、同一の大
きさのモジュールを結合する場所には、結合変換モジュ
ールは不要である。
On the other hand, as shown on the right side of FIG. 8, a coupling conversion module is not required at a place where modules of the same size are coupled.

【0027】図9は本発明の第6の実施例を示す図であ
る。本発明の第1から第3のいずれかに該当するロボッ
ト関節であって、互いに大きさの異なる複数の関節モジ
ュールを直列及び並列に分岐させ多数組み合わせてい
る。このとき、大きさの異なる関節モジュールを図8に
示した構成と同様に、結合変換モジュールを介して組み
合わせる。さらに、複数の関節モジュールを分岐させて
結合するため、中心部の結合変換モジュール101及び
102は特に種々の方向に関節モジュールを結合可能と
する構成としている。更に直列に結合した関節の末端に
はハンドモジュール106及び107、足モジュール1
04及び105を結合することにより、人間型ボットを
構成している。
FIG. 9 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. A robot joint according to any one of the first to third aspects of the present invention, in which a plurality of joint modules having different sizes are branched in series and in parallel, and many are combined. At this time, the joint modules having different sizes are combined via the joint conversion module, similarly to the configuration shown in FIG. Furthermore, since the plurality of joint modules are branched and connected, the connection conversion modules 101 and 102 at the center are configured so that the joint modules can be connected particularly in various directions. Further, the hand modules 106 and 107 and the foot module 1 are located at the ends of the joints connected in series.
The human-like bot is constituted by combining 04 and 105.

【0028】図に示した結合変換モジュールを用いる構
成によれば、本発明による類似形状の関節モジュールを
結合し、2本の足及び2本の腕及び首により指向方向を
変化可能な人間状ロボットを構成することができる。
According to the configuration using the coupling conversion module shown in the figure, a humanoid robot capable of connecting a joint module having a similar shape according to the present invention and changing the directivity direction by two feet and two arms and necks. Can be configured.

【0029】図では一例として2本の足及び2本の腕及
び首を持つ構成としたが、結合変換モジュールの構成に
より任意の本数の足や腕や首を持たせることが可能であ
ることは明らかである。
In the figure, the configuration has two legs and two arms and necks as an example. However, it is possible to have an arbitrary number of legs, arms and necks by the configuration of the coupling conversion module. it is obvious.

【0030】以上の各ブロックの構成及び動作は同業者
に容易に類推しうるものであり、さらに詳細な説明は省
略する。
The configuration and operation of each block described above can be easily inferred by those skilled in the art, and further detailed description will be omitted.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、複数自由度を持ち、機
械的にも電気的にも関節毎に独立し、かつ分離・結合が
容易であるロボット関節が得られる。このため、同一機
構のロボット関節もしくは、機能毎に構成したロボット
関節を用意し、作業要求の変化に応じて組み替え、再構
成することが容易となる。つまり、数多くの作業要求に
対して、あらかじめ用意した少数の種類のロボット関節
を組み合わせることにより適応することができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a robot joint which has a plurality of degrees of freedom, is mechanically and electrically independent for each joint, and is easily separated and connected. For this reason, it becomes easy to prepare a robot joint having the same mechanism or a robot joint configured for each function, and to rearrange and reconfigure according to a change in work request. That is, it is possible to adapt to a large number of work requests by combining a small number of types of robot joints prepared in advance.

【0032】また、関節モジュールが故障した場合、故
障した関節モジュールを分離し、同一構成の正常な関節
モジュールと交換することにより、容易に修復すること
ができる。家庭内で使用する応用などの場合、故障時の
容易な修復機能は非常に重要である。この場合にも、関
節モジュールの構成は単純なため、大きな投資無しに故
障に備えたスペアの関節モジュールを用意しておくこと
ができる。故障に備えた関節モジュールは、故障が生じ
ない間は人間型ロボットにおける第3の腕など、他の目
的で活用することも容易である。
When a joint module fails, it can be easily repaired by separating the failed joint module and replacing it with a normal joint module having the same configuration. In applications such as home use, an easy repair function in case of failure is very important. Also in this case, since the configuration of the joint module is simple, a spare joint module for a failure can be prepared without a large investment. The joint module for the failure can be easily used for other purposes such as the third arm of the humanoid robot while the failure does not occur.

【0033】本発明によれば、機械的ガイドと結合部両
端に設置された結合ピンを用いる構成により、簡単な構
成の結合ピン固定手段によっても、強固に隣接モジュー
ルを結合することができる。また、結合固定は結合ピン
固定手段のみにて実現しているため、分離も容易であ
る。
According to the present invention, the structure using the mechanical guide and the connecting pins provided at both ends of the connecting portion enables the adjacent modules to be firmly connected by the connecting pin fixing means having a simple structure. Further, since the fixing is realized only by the connecting pin fixing means, the separation is easy.

【0034】関節モジュール毎に座標変換行列算出手段
を搭載する場合は、結合する関節モジュールの総数が増
加しても座標変換行列の演算時間は増加することが無
く、効率よく制御演算を実行することができる。
In the case where the coordinate conversion matrix calculating means is mounted for each joint module, even if the total number of joint modules to be connected increases, the operation time of the coordinate conversion matrix does not increase and the control operation can be executed efficiently. Can be.

【0035】複数関節モジュールの結合利用に関しては
大きさの異なる関節モジュールの結合のため結合変換モ
ジュールの適用も容易である。このため、大きなモジュ
ールを固定側に使用することにより、重力の影響を受け
る環境で多数の関節モジュールを直列に結合して用いる
ことができる。また、複数のモジュールを分岐して結合
可能な結合変換モジュールを使用することにより、人間
型のロボットを構成することも容易である。
Regarding the joint use of a plurality of joint modules, the joint conversion module can be easily applied to joint the joint modules having different sizes. Therefore, by using a large module on the fixed side, many joint modules can be connected in series in an environment affected by gravity. Further, it is easy to configure a humanoid robot by using a coupling conversion module capable of branching and coupling a plurality of modules.

【0036】以上述べた本発明によれば、単純な形状の
関節モジュールを多数組み合わせて種々の作業要求に対
応が容易なロボットシステムを構成することが容易とな
り、前記従来の課題を解決したロボット関節が得られ
る。
According to the present invention described above, it is easy to construct a robot system which can easily respond to various work requests by combining a large number of joint modules having a simple shape, and a robot joint which solves the above-mentioned conventional problems. Is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の参考例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a reference example of the present invention.

【図2】 関節モジュールに搭載する制御演算部22の
構成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control calculation unit 22 mounted on the joint module.

【図3】 本発明の第1の実施例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第2の実施例を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第3の実施例を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第4の実施例を示す側面図。FIG. 6 is a side view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第4の実施例によるロボット関節を
駆動した結果の3次元形状を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional shape as a result of driving a robot joint according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第5の実施例を示す側面図。FIG. 8 is a side view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第6の実施例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 関節 2、3 リンク 11 モータ 12 減速器 21 モータドライバ 22 制御演算部 31、32 電気的接続コネクタ 41 結合ピン 42 結合ピン固定手段 43 機械的ガイド部 221 演算CPU 222 関節パラメータ記憶手段 223 通信手段 224 電源線 225 通信線 226 補助的接続線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joint 2, 3 link 11 Motor 12 Reducer 21 Motor driver 22 Control calculation part 31, 32 Electrical connection connector 41 Connection pin 42 Connection pin fixing means 43 Mechanical guide part 221 Calculation CPU 222 Joint parameter storage means 223 Communication means 224 Power line 225 Communication line 226 Auxiliary connection line

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1または複数の自由度の屈曲又は伸縮可能
な関節及び関節駆動機構と、関節駆動部と制御演算部か
らなり電気的及び機械的に互いに分離・結合可能とする
ロボット関節において、前記関節をはさんで両側に関節
モジュールの構造体となるリンクを設置し、かつ第一の
リンクは隣接関節モジュール結合後の断面の第一の半分
片側を占める形状とし、第二のリンクは前記断面の第一
の半分とは逆側の第二の半分片側を占める形状とし、か
つ第一及び第二のリンク先端に結合ピンを設置し、かつ
相隣接する関節モジュールの前記第一及び第二のリンク
がもっとも長く接する部位に機械的ガイド部を設置して
なることを特徴とするロボット関節。
Claims 1. A bendable or stretchable one or more degrees of freedom
Joint and joint drive mechanism, joint drive unit and control calculation unit
Be electrically and mechanically separable and connectable to each other
Joints on both sides of the robot joint
Set up the link that will be the module structure and
Link is the first half of the cross section after the adjacent joint module is connected
The shape occupies one side, and the second link is the first of the cross section.
Occupy one half of the second half opposite the half
Installing a connecting pin at the end of the first and second links, and
The first and second links of adjacent joint modules
A mechanical guide at the point where
A robot joint characterized by becoming.
【請求項2】請求項1に記載のロボット関節において、
モータの駆動動作を制御する制御演算部として、現在の
関節変位に対応する隣接関節間の座標変換行列の算出手
段を持つことを特徴とするロボット関節。
2. The robot joint according to claim 1, wherein
As a control operation unit that controls the drive operation of the motor,
Calculation method of coordinate transformation matrix between adjacent joints corresponding to joint displacement
Robot joint characterized by having a step.
【請求項3】請求項1および2のいずれかに該当するロ
ボット関節の組み合わせからなり、かつ互いに大きさの
異なる前記複数のロボット関節同士を、結合変換モジュ
ールを介して組み合わせたことを特徴とするロボット関
節。
3. A method according to claim 1, wherein
It consists of a combination of bot joints and
A coupling conversion module connects the plurality of different robot joints to each other.
Robots characterized by combining via
section.
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