JP4273335B2 - Robot arm - Google Patents

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Description

本発明は、人と接するような日常生活分野を含む非製造業分野での多様な作業を行う、複数関節を有するロボットアームとその回転関節装置及び手首装置に関する。   The present invention relates to a robot arm having a plurality of joints, a rotary joint device, and a wrist device for performing various operations in a non-manufacturing industry field including a daily life field in contact with a person.

産業用ロボットにはアクチュエータやセンサなどのために電線が多数使われているが、関節の動作によってそれらの電線には曲げや捻れが生じる。曲げや捻れを少なくするために、関節軸を中空構造にしてその中に電線を通すなどの工夫がなされている(例えば特許文献3)。しかしながら曲げや捻れが全く無くなるわけではないため関節の回転量には限界がある。   Industrial robots use many electric wires for actuators, sensors, and the like, but these wires are bent and twisted by the movement of joints. In order to reduce bending and twisting, a contrivance has been made such as making the joint shaft into a hollow structure and passing an electric wire therethrough (for example, Patent Document 3). However, there is a limit to the amount of rotation of the joint because bending and twisting are not completely eliminated.

これに対し、回転による電線の捻れをなくして電気的接続を維持する方法としては、回転と共に摺動する導電性部材の摺動接触を利用した、いわゆるスリップリング機構が一般的であり、ロボットアームではセンサ情報の伝達や手先ツールへの電流供給などに利用されている(例えば特許文献4、5)。しかし各関節に配置されたセンサ等の電気的接続をアームの基部から維持しようとすると、根元側の関節ほどスリップリングの極数が多く必要となってしまい、小型化、低価格化に限界が生じる。   On the other hand, as a method for eliminating electric wire twist due to rotation and maintaining electrical connection, a so-called slip ring mechanism using a sliding contact of a conductive member that slides with rotation is generally used. Is used for transmitting sensor information and supplying current to a hand tool (for example, Patent Documents 4 and 5). However, if it is attempted to maintain the electrical connection of sensors and the like arranged at each joint from the base of the arm, the joint on the base side requires a larger number of poles of the slip ring, and there is a limit to miniaturization and cost reduction. Arise.

一方、各関節のアクチュエータの近傍にローカルコントローラを配置してセンサ情報の取得とアクチュエータへの指令を局所的に処理できるようにし、ARCNETやCANバスなどを使って各コントローラ間を接続することで、関節への配線を電源線と通信線のみに省配線化することができる(例えば非特許文献2)。しかし省配線とは言え配線は必要なためにやはり関節の動作には制約が生じてしまい、任意の連続的な動作を行うことはできない。   On the other hand, by placing a local controller near the actuator of each joint so that sensor information acquisition and actuator commands can be processed locally, by connecting each controller using ARCNET, CAN bus, etc. Wiring to the joint can be reduced to only the power line and the communication line (for example, Non-Patent Document 2). However, although wiring is necessary, since the wiring is necessary, the operation of the joint is limited, and an arbitrary continuous operation cannot be performed.

またロボットアームの制御において、単純なティーチングプレイバックではなく外力に順応した動作制御をする例として、ロボットアームの手首に取付けた6軸力覚センサを利用する方法があり、ツールに作用する力に応じた物体形状へのならい制御等が行われている。しかしツールに作用する力の検出だけでは、ツールの動作特性は制御できるがロボットアームの途中のリンクに作用する力を検知できないため、安全性の確保を目的にこの方法によって人や環境に対する順応動作をさせることはできない。これに対して対人安全性などを目的として各関節自体に加わる外力に応じて関節を柔らかく制御する方法として、関節自体に設置したトルクセンサ(特許文献2など)を用いる方法(非特許文献4、5など)や機械式の可変剛性機構(非特許文献1など)を用いる方法などがある。しかし関節の回転限界においてはやはり順応動作ができなくなるため、安全性の確保が不十分になるといった不都合が生じてしまう。   In addition, as an example of controlling the robot arm, not a simple teaching playback but an operation control adapted to the external force, there is a method using a 6-axis force sensor attached to the wrist of the robot arm. The control of the corresponding object shape is performed. However, only the detection of the force acting on the tool can control the operation characteristics of the tool, but it cannot detect the force acting on the link in the middle of the robot arm, so this method adapts to people and the environment for the purpose of ensuring safety. I can't let you. On the other hand, as a method of softly controlling the joint according to the external force applied to each joint itself for the purpose of interpersonal safety or the like, a method using a torque sensor (such as Patent Document 2) installed in the joint itself (Non-Patent Document 4, 5) and a mechanical variable rigidity mechanism (Non-patent Document 1). However, since the adaptation operation cannot be performed at the rotation limit of the joint, there is a problem that safety cannot be ensured sufficiently.

ロボットアームの中には、手先の位置姿勢の6自由度以外に、アーム自体の形状、すなわち自己形状の変形が可能な自由度を有する、いわゆる冗長自由度アームがある(例えば特許文献1、非特許文献1、3、4、5)。例えば人の腕と似た7自由度に構成したアームは、手先の位置姿勢を固定しても肘関節の位置を手首関節と肩関節とを結ぶ軸周りの円軌道上においてある程度変えられる自由度がある(特許文献1)。また逆に手先の位置を決め、さらに肘位置を固定しても、手先姿勢の3自由度をある程度変えることができる。このような冗長性の利点を利用すれば、作業上干渉が起きない状態に肘位置をある程度移動できるため、通常の6自由度アームに比べて作業性が高くなる。また手先作業を維持したまま自己形状を外力に順応させながら変化させることで人や環境との衝突力をやわらげ、安全性を向上させることができる。しかし関節の回転限界があるとこの冗長性の利点を享受できる状態は全ての関節が十分回転限界から離れている状態に限られてしまうため、ロボットアームの任意作業に対してこのような冗長性の特徴を生かすことはできない。   Among the robot arms, there is a so-called redundant degree of freedom arm having a degree of freedom capable of deforming the shape of the arm itself, that is, the self shape, in addition to the 6 degrees of freedom of the position and orientation of the hand (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1). Patent Documents 1, 3, 4, 5). For example, an arm configured with 7 degrees of freedom similar to a human arm can change the position of the elbow joint to some extent on a circular trajectory around the axis connecting the wrist joint and shoulder joint even if the position and orientation of the hand are fixed. (Patent Document 1). Conversely, even if the position of the hand is determined and the elbow position is fixed, the three degrees of freedom of the hand posture can be changed to some extent. If the advantage of such redundancy is used, the elbow position can be moved to some extent in a state where there is no interference in the work, so that the workability is higher than that of a normal 6-DOF arm. In addition, by changing the self-shape while adapting to the external force while maintaining the hand work, the collision force with the person and the environment can be softened and the safety can be improved. However, if there is a joint rotation limit, the state where you can enjoy the advantage of this redundancy is limited to the state where all joints are sufficiently away from the rotation limit. It is not possible to take advantage of the features of.

米国特許第4,999,553号U.S. Pat.No. 4,999,553 特開平09-184777号公報JP 09-184777 A 特開2002-79487号公報JP 2002-79487 A 特開2003-117877号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-117877 特開2003-285167号公報JP 2003-285167 A 森田、冨田、植田、菅野、「7自由度MIAアームの開発」、第1回ロボティクスシンポジア講演論文集、pp.179-184,1996.Morita, Iwata, Ueda, Hadano, “Development of 7-DOF MIA Arm”, Proc. Of the 1st Robotics Symposia, pp.179-184, 1996. C.J.J. Paredis, H.B.Brown, P.K. Khosla, “A rapidly deployable manipulator system”, Robotics andAutonomous Systems, vol.21, pp.289-304, 1997.C.J.J.Paredis, H.B.Brown, P.K.Khosla, “A rapidly deployable manipulator system”, Robotics and Autonomous Systems, vol.21, pp.289-304, 1997. W.T. Townsend andJ.A. Guertin, “Teleoperator slave - WAM design methodology”, Industrial Robot,vol.26, no.3, pp.167-177, 1999.W.T.Townsend and J.A.Guertin, “Teleoperator slave-WAM design methodology”, Industrial Robot, vol.26, no.3, pp.167-177, 1999. 服部、橋本、鎌田、「関節トルクセンサを有する人間型マニピュレータの開発」、SICEシステムインテグレーション部門学術講演会予稿集、pp.29-30, 2001.Hattori, Hashimoto, Kamada, "Development of a humanoid manipulator with a joint torque sensor", Proceedings of SICE System Integration Division Annual Conference, pp.29-30, 2001. M. Hashimoto, T.Hattori, M. Horiuchi, T. Kamata, “Development of a Torque Sensing Robot Arm forInteractive Communication”, Proc. 2002 IEEE Int. Workshop on Robot and HumanInteractive Communication, 2002.M. Hashimoto, T. Hattori, M. Horiuchi, T. Kamata, “Development of a Torque Sensing Robot Arm for Interactive Communication”, Proc. 2002 IEEE Int. Workshop on Robot and HumanInteractive Communication, 2002.

従来のロボットアームは産業用途の利用を目的としているため、人の生活支援分野のような工場以外の非製造業分野で期待される作業に対してそのまま利用することは難しい。その理由として、   Since the conventional robot arm is intended for use in industrial applications, it is difficult to use it as it is for work expected in non-manufacturing industries other than factories such as human life support fields. The reason is

(1) 工場内ではティーチングプレイバック作業が主であるが、非製造業分野では多くの場合作業条件が一定ではなく、その場の状況に応じた多様な動作が求められるため、あらかじめロボットアームの動作計画をすることができない。例えばロボットのエンドエフェクタで把持した物体の位置姿勢を、把持を保ったままユーザが任意に連続的に操作しようとした場合、たとえ目標の手先位置姿勢が直交座標系の中では可動範囲内にある場合であっても動作履歴によって関節が可動限界に達したり、あるいはアームの途中のリンクが環境と干渉して作業を継続できない状況に陥ってしまうというように、任意の操作に対する制約が大きい。   (1) Teaching playback work is mainly performed in the factory, but in many non-manufacturing industries, the work conditions are often not constant, and various operations according to the situation at the site are required. I cannot make an action plan. For example, if the user tries to continuously operate the position and orientation of an object gripped by the robot end effector while keeping the grip, the target hand position and orientation are within the movable range in the Cartesian coordinate system. Even in such a case, there is a great restriction on an arbitrary operation such that the joint reaches the limit of movement depending on the operation history, or the link in the middle of the arm interferes with the environment and the work cannot be continued.

(2)製造業では作業速度や精度の高さが優先されているために、ロボットアーム全体の剛性を高くするように設計されている。これは可動範囲内に人が立ち入らないことが前提である場合には良いが、非製造業分野では多くの場合にロボットと人や環境との接触が想定されるため、アームの途中に作用した力に順応できる構成を持たない従来の産業用ロボットでは危険である。
などの点が挙げられる。
(2) In the manufacturing industry, priority is given to work speed and high accuracy, so the robot arm is designed to increase the overall rigidity. This is good if it is based on the premise that people do not enter the movable range, but in non-manufacturing industries, it is assumed that the robot is often in contact with people and the environment, so it worked in the middle of the arm. It is dangerous for conventional industrial robots that do not have a structure that can adapt to force.
The point is mentioned.

特に(1)については、まず関節自体の可動限界は、隣り合うリンクどうしの干渉やアーム内部の電線の捻れが原因となる。すなわち回転関節によってリンクを同一平面内で屈曲させようとするとリンクどうしが必ず干渉し、また、たとえリンクの回転平面をずらして干渉をなくし、中空にした回転軸内に電線を通した場合でも、電線の捻れのために無限に関節を回転できるわけではない。一方、アームと環境との干渉の問題は通常の6自由度アームにおいてより顕著となる。特に、特異点付近では手先姿勢をわずかに変えてもアーム全体が大きく動揺してしまうため、特異点を予測できないような任意作業では広い自由空間をあらかじめ確保しなくてはならなくなる。   In particular, regarding (1), the movable limit of the joint itself is caused by interference between adjacent links and twisting of the electric wire inside the arm. That is, if you try to bend the links in the same plane by rotating joints, the links will always interfere with each other. The joints cannot be rotated indefinitely due to the twisting of the wires. On the other hand, the problem of interference between the arm and the environment becomes more prominent in a normal 6-DOF arm. Particularly in the vicinity of the singular point, even if the hand posture is slightly changed, the entire arm is greatly shaken. Therefore, it is necessary to secure a wide free space in advance for an arbitrary operation in which the singular point cannot be predicted.

本発明は、係る問題を解決して、生活支援分野を含む非製造業分野のためのロボットアームについて、(i)作業性を向上させ、その場の状況に応じた任意の作業を実現するため、関節動作の制限をできるだけなくし、またアームと環境との干渉を避けやすい構造とすること、(ii)対人、対環境安全性を向上させるため、外力に順応する動作が可能な構造にすることを目的としている。   The present invention solves such a problem, and (i) to improve workability for a robot arm for a non-manufacturing industry field including a life support field, and to realize an arbitrary work according to the situation on the spot (1) Make the structure that can adapt to external force in order to improve the safety against people and the environment, and make the structure that can limit the joint movement as much as possible and avoid the interference between the arm and the environment. It is an object.

本発明のロボットアームの回転関節装置は、回転可能に連結した2つのリンクを駆動するため、角度検出器とトルク検出器とアクチュエータとローカルコントローラとを有し、関節の回転と共に摺動しながらリンク間の電気的接続を維持するスリップリング機構を具備する。角度検出器およびトルク検出器から得られた角度およびトルクの値に基づきながら、マスタコントローラから指示された位置、トルク、剛性、粘性の各特性に関する制御を同時に実現するため、アクチュエータへの制御コマンドをローカルコントローラ上で演算し、かつリンク間の電気的接続を維持しながら無限に回転可能であることを特徴とする。   The rotary joint device for a robot arm according to the present invention has an angle detector, a torque detector, an actuator, and a local controller to drive two links that are rotatably connected, and links while sliding with the rotation of the joint. A slip ring mechanism for maintaining an electrical connection therebetween. Based on the angle and torque values obtained from the angle detector and torque detector, control commands for the actuator are simultaneously issued to realize control related to the position, torque, stiffness, and viscosity characteristics specified by the master controller. It is characterized by being able to rotate indefinitely while calculating on the local controller and maintaining the electrical connection between the links.

本発明のロボットアームは、上記の回転関節装置を1つ以上有することで、外力に順応した連続的な旋回動作を可能としたことを特徴とする。
本発明のロボットアームの手首装置は、上記の回転関節装置3つを、隣接している前記関節装置の回転軸が互いに直交し、かつ両端の前記関節装置の回転軸が互いに離れた平面内で中間の前記関節装置の回転軸に対して回転するように連結させ、3つの前記関節装置を順に電気的に接続した構成とすることで、3つの前記関節装置の夫々のローカルコントローラに電源を供給し、前記ローカルコントローラとホストコントローラとの間でのデータ通信を行い、各種拡張装置への電気的接続を提供しつつ、外力へ順応しながら手先姿勢の任意の連続的変更を可能としたことを特徴とする。
A robot arm according to the present invention is characterized by having one or more of the above-described rotary joint devices to enable a continuous turning motion adapted to an external force.
The wrist device for a robot arm according to the present invention includes the three rotary joint devices in a plane in which the rotation axes of the adjacent joint devices are orthogonal to each other and the rotation axes of the joint devices at both ends are separated from each other. Power is supplied to the local controllers of the three joint devices by connecting the three joint devices in order to rotate with respect to the rotation shaft of the intermediate joint device. In addition, data communication between the local controller and the host controller is performed, and it is possible to arbitrarily change the hand posture while adapting to external force while providing electrical connection to various expansion devices. Features.

一般にロボットアームは、複数の関節装置によって複数のリンクが連結され、各関節装置の動作によって直交座標系における手先の位置と姿勢が決定される。通常、この手先の位置と姿勢を変化させることで物体や環境を操作する具体的な作業が実行されるが、たとえ直交座標系中でロボットアームがとり得る手先位置姿勢空間の中に目標状態があったとしても、関節座標系上の動作空間では各関節装置の動作履歴に依存して可動限界に到達してしまうため、作業上の関心が手先の位置姿勢だけであっても手先位置姿勢だけを考慮して任意動作をさせることはできない。   In general, a robot arm has a plurality of links connected by a plurality of joint devices, and the position and posture of the hand in the orthogonal coordinate system are determined by the operation of each joint device. Normally, a specific operation for manipulating an object or environment is executed by changing the position and posture of the hand, but the target state is in the hand position and posture space that the robot arm can take in the Cartesian coordinate system. Even if there is, since the movement limit is reached depending on the motion history of each joint device in the motion space on the joint coordinate system, only the hand position / posture is concerned even if the work interest is only the hand position / posture. It is not possible to perform arbitrary operations in consideration of the above.

また、手先の位置姿勢を任意に決めるのに最低必要な6自由度より多くの関節自由度構成を持つ冗長自由度ロボットアームでは、冗長性を利用して手先の位置姿勢を一定に保ちながらもロボットアームの自己形状を変化させることができ、あるいはまたアームの自己形状をほぼ一定としながら手先姿勢を変えることができる。このような特性より、手先作業を保ちながら環境との干渉を回避したり、限られた空間にアームを挿入して手先作業を行わせたりすることができる。またアームの途中に作用する外力を検知しながら制御することで、人や環境とアームが接触した場合に、手先作業を維持しつつ自己形状の変形性によって外力に順応させることもでき、対人、対環境安全性を向上させることができる。しかしここでも、関節に可動限界があるために各関節の可動範囲内でしか自己形状を変化させることができない。これはあらかじめ適切な動作を計画しておくことが可能な工場内の特定作業のような場合には問題ないが、日常生活支援などの非製造業分野では多くの場合、計画なしにその場の状況に応じた多様な動作を連続的にすることが求められるため、従来の冗長自由度アームでは操作中に自己形状の変形限界に達してしまい、冗長自由度の利点を生かした自己形状の操作や外力への順応動作ができなくなってしまう。   In addition, in a redundant degree-of-freedom robot arm having more than six degrees of freedom, which is necessary to arbitrarily determine the position and orientation of the hand, the position and orientation of the hand are kept constant by using redundancy. The self-shape of the robot arm can be changed, or the hand posture can be changed while keeping the self-shape of the arm substantially constant. Due to such characteristics, it is possible to avoid interference with the environment while keeping the hand work, or to perform the hand work by inserting an arm in a limited space. Also, by controlling while detecting the external force acting in the middle of the arm, it is possible to adapt to the external force by the deformability of self shape while maintaining the hand work when the arm contacts the person or the environment, Environmental safety can be improved. However, even here, since the joint has a movable limit, the self-shape can be changed only within the movable range of each joint. This is not a problem in the case of specific work in a factory where appropriate operations can be planned in advance, but in non-manufacturing sectors such as daily life support, in many cases Since it is required to continuously perform various actions according to the situation, the conventional redundant degree-of-freedom arm reaches the self-shape deformation limit during operation, and self-shape operation taking advantage of the redundancy degree of freedom. It becomes impossible to adapt to external force.

本発明によれば、角度検出器とトルク検出器とアクチュエータとローカルコントローラとを回転関節装置が有することで、ローカルコントローラが直接的に関節の角度やトルクの値を取得することができ、ローカルコントローラ上で制御アルゴリズムを実行することにより、マスタコントローラから指示された位置、トルク、剛性、粘性の各特性に関する制御を関節装置内で閉じた形で実行できるため、高速な処理を要する力制御アルゴリズムを安定に行いながら外力に順応できる回転関節装置を提供することができる。また関節の回転と共に摺動しながらリンク間の電気的接続を維持するスリップリング機構を有することで関節の回転角によらず電気的接続を維持できるため、当該関節装置よりも後段に取付けられた装置に対する電源の供給や通信接続を維持しながら関節を無限に回転させることが可能となる。   According to the present invention, since the rotary joint device includes the angle detector, the torque detector, the actuator, and the local controller, the local controller can directly acquire the joint angle and the torque value. By executing the control algorithm above, the control related to the position, torque, stiffness, and viscosity characteristics specified by the master controller can be executed in a closed form in the joint device. A rotary joint device capable of adapting to an external force while performing stably can be provided. In addition, since it has a slip ring mechanism that maintains the electrical connection between the links while sliding along with the rotation of the joint, the electrical connection can be maintained regardless of the rotation angle of the joint. It is possible to rotate the joint indefinitely while maintaining power supply and communication connection to the device.

また、本発明によれば、アクチュエータとして電動モータとハーモニックドライブ減速器を用い、トルク検出器としてハーモニックドライブ減速器のフレクスプライン上に貼り付けた歪センサを用いることで、外力に順応しかつ無限回転可能な回転関節装置を小型かつ軽量に製作することができる。   In addition, according to the present invention, an electric motor and a harmonic drive speed reducer are used as an actuator, and a strain sensor pasted on the flexspline of the harmonic drive speed reducer is used as a torque detector, thereby adapting to an external force and infinite rotation. Possible rotary joint devices can be made small and lightweight.

また、本発明によれば、ロボットアームが外力に順応しかつ無限回転可能な回転関節装置を1つ以上有する構成とすることで、外力に順応した連続的な旋回動作をさせることが可能となり、ロボットアームの作業性、安全性を高めることができる。   In addition, according to the present invention, the robot arm has one or more rotary joint devices that can adapt to an external force and can rotate infinitely, thereby enabling a continuous turning operation that adapts to the external force. The workability and safety of the robot arm can be improved.

また、本発明によれば、外力に順応しかつ無限回転可能な回転関節装置3つを、隣接する関節装置の回転軸が互いに直交し、かつ両端の関節装置の回転軸が互いに離れた平面内で中間の関節装置の回転軸に対して回転するように連結し、電気的に接続した構成とすることで、関節装置どうしが衝突することなくどの関節装置も連続的に回転させることが可能な手首装置が得られる。従来技術では個々の関節角度の限界のために実現可能な手先姿勢自体や姿勢変化に制約があったが、この構成によればとり得る手先姿勢に制約がなくなり、また任意の連続的な姿勢変化を与えることができるようになる。さらに個々の関節装置に剛性や粘性を設定できるため、外力に対する順応動作をさせることが可能となる。さらに最終段の関節装置が各種拡張装置への電気的接続を提供可能な構成であるため、手首装置先端に6軸力覚検出器やエンドエフェクタなどが装着可能であり、かつそれらの拡張装置を取付けてもそのための配線が手首装置やロボットアーム全体の動きに影響を与えることがない。   Further, according to the present invention, three rotary joint devices that adapt to an external force and can rotate infinitely are arranged in a plane in which the rotation axes of adjacent joint devices are orthogonal to each other and the rotation axes of joint devices at both ends are separated from each other. The joint device is coupled so as to rotate with respect to the rotation shaft of the intermediate joint device, and is electrically connected, so that any joint device can be continuously rotated without any collision between the joint devices. A wrist device is obtained. In the prior art, there are restrictions on the hand postures and posture changes that can be realized due to the limitations of individual joint angles, but this configuration eliminates restrictions on the hand postures that can be taken, and arbitrary continuous posture changes Will be able to give. Furthermore, since rigidity and viscosity can be set for each joint device, it is possible to perform an adaptation operation to an external force. Furthermore, since the joint device at the final stage can provide electrical connection to various expansion devices, a 6-axis force sensor, an end effector, or the like can be attached to the tip of the wrist device. Even if it is attached, the wiring for that purpose does not affect the movement of the wrist device or the entire robot arm.

また、本発明によれば、手首装置を含み、手首装置以外に4軸以上の外力に順応可能な回転関節を有する冗長自由度構成とすることで、手首装置の回転関節の回転限界に起因するロボットアームの動作制約をなくし、外力へ順応させながら自己形状を変更可能な範囲を拡大させることができる。また冗長自由度のロボットアームの繰り返し動作を教示する場合には、単に手先の位置姿勢だけではなくロボットの自己形状も教示する必要があるが、この構成によればロボットアームの全ての関節が外力に順応できるため、ティーチングペンダント等を使わなくても、人が直接、ロボットアームのリンクを手でつかみ、力を加えてロボットアームの手先位置姿勢や自己形状を直接変更して教示させることも可能となる。   In addition, according to the present invention, a redundant degree of freedom configuration including a wrist device and having a rotary joint that can adapt to an external force of four or more axes in addition to the wrist device results in a rotation limit of the rotary joint of the wrist device. It is possible to increase the range in which the self-shape can be changed while adapting to external force by eliminating the robot arm motion restrictions. In addition, when teaching the robot arm's repeated motions with redundant degrees of freedom, it is necessary to teach not only the position and orientation of the hand, but also the robot's self-shape. Therefore, even without using a teaching pendant, it is possible for a person to directly grasp the robot arm link by hand and apply force to directly change the robot arm's hand position / posture and teach it. It becomes.

さらに、本発明によれば、7自由度の冗長ロボットアームを回転関節3つからなる肩装置と、回転関節1つからなる肘装置と、手首装置とから構成し、7つすべての回転関節の回転軸が隣接している回転関節の回転軸と互いに直交するように連結し、手首装置の3つの回転関節以外に少なくとも肩装置のうちの両端の回転関節が外力に順応しかつ無限回転可能な回転関節装置とすることで、手首装置の基端位置に任意の連続的な変更を加えることができるようになり、かつ手首装置で手先姿勢について任意の連続的な変更を加えられることから、結果として外力に順応しながらロボットアームの手先位置、手先姿勢、自己形状のそれぞれについて特異状態を除いて任意の連続的変更を与えることができるようになる。   Further, according to the present invention, a redundant robot arm having 7 degrees of freedom is composed of a shoulder device including three rotary joints, an elbow device including one rotary joint, and a wrist device. The rotary shafts are connected so as to be orthogonal to the rotary shafts of the adjacent rotary joints, and at least the rotary joints at both ends of the shoulder device can adapt to the external force and can rotate infinitely other than the three rotary joints of the wrist device. The result is that any continuous change can be made to the proximal position of the wrist device by using the rotary joint device, and any continuous change can be made to the hand posture with the wrist device. As described above, any continuous change can be applied to each of the hand position, hand posture, and self-shape of the robot arm except for the singular state while adapting to the external force.

本発明を具体化する関節装置1の一般的な構成を図1に示す。図示の関節装置1は、アクチュエータと、角度検出器、トルク検出器等の機器と、関節装置1の動作制御を局所的に司るローカルコントローラ8と、スリップリングとを有している。ローカルコントローラ8には電源線9aと通信線10aとが接続されており、さらにスリップリングを介して関節の回転角によらず関節末端に電源線9bと通信線10bとを提供する。ただし、ローカルコントローラ8上の通信回路によって無線による通信を可能に構成した場合には通信線10a、10bは不要となる。   A general configuration of a joint device 1 embodying the present invention is shown in FIG. The illustrated joint device 1 includes an actuator, devices such as an angle detector and a torque detector, a local controller 8 that locally controls the operation of the joint device 1, and a slip ring. A power line 9a and a communication line 10a are connected to the local controller 8, and a power line 9b and a communication line 10b are provided to the joint end via a slip ring regardless of the rotation angle of the joint. However, when the communication circuit on the local controller 8 is configured to enable wireless communication, the communication lines 10a and 10b are not necessary.

図2の関節装置1はこれをさらに具体化したもので、特にアクチュエータとしてDCモータ2とその回転数を減速させるための、ウェーブ・ジェネレータ3、フレクスプライン4、サーキュラ・スプライン5の3つから構成されるハーモニックドライブ減速器、角度検出器としてモータの回転角を検出するためのエンコーダ6、トルク検出器としてハーモニックドライブ(登録商標)減速器のフレクスプライン4上に設置した歪ゲージ7を用いた場合を示している。DCモータ2、エンコーダ6、歪ゲージ7はこの関節装置1の動作制御を局所的に司るローカルコントローラ8にそれぞれ接続されている。ローカルコントローラ8は、制御アルゴリズムを演算する演算装置の他にDCモータ2を駆動するためのモータアンプ回路、エンコーダ6からのパルスをカウントするためのカウンタ回路、歪ゲージ7の抵抗変化からトルクを計測するトルク計測回路、及び外部のコントローラとの通信を行うための通信回路を含んでいる。またローカルコントローラ8に接続されている電源線9aと通信線10aとにより、電源が供給され、また外部コントローラとのデータ送受が可能であり、さらに後述するスリップリング機構を介して関節の回転角によらず関節末端に電源線9bと通信線10bとを提供する。 The joint device 1 shown in FIG. 2 is a more specific example, and includes a DC motor 2 as an actuator and a wave generator 3, a flex spline 4 and a circular spline 5 for decelerating the rotation speed. When using a harmonic drive decelerator, an encoder 6 for detecting the rotation angle of the motor as an angle detector, and a strain gauge 7 installed on the flexspline 4 of a harmonic drive (registered trademark) decelerator as a torque detector Is shown. The DC motor 2, the encoder 6, and the strain gauge 7 are connected to a local controller 8 that locally controls the operation of the joint device 1. The local controller 8 measures a torque from a change in resistance of the strain gauge 7 and a motor amplifier circuit for driving the DC motor 2, a counter circuit for counting pulses from the encoder 6, in addition to an arithmetic device that calculates a control algorithm. And a communication circuit for performing communication with an external controller. In addition, power is supplied by the power line 9a and the communication line 10a connected to the local controller 8, and data can be transmitted to and received from the external controller. Further, the rotation angle of the joint can be adjusted via a slip ring mechanism described later. Regardless, the power line 9b and the communication line 10b are provided at the joint end.

関節が回転する仕組みについて説明する。まず前段リンク11はローカルコントローラ8、ケース13、フレクスプライン4、DCモータ2、エンコーダ6と一体に固定されている。そしてローカルコントローラ8によりDCモータ2に電圧が印加されてモータ軸14が回転すると、モータ軸14に固定されたウェーブ・ジェネレータ3が回転し、それに伴うフレクスプライン4の変形により波動が発生しサーキュラ・スプライン5がモータ軸14の回転速度に一定の減速比を乗じた速度で回転する。サーキュラ・スプライン5と後段リンク12とは一体に固定されており、結果として前段リンク11と後段リンク12は相対的に回転動作をする。   A mechanism for rotating the joint will be described. First, the front link 11 is fixed integrally with the local controller 8, the case 13, the flex spline 4, the DC motor 2, and the encoder 6. Then, when a voltage is applied to the DC motor 2 by the local controller 8 and the motor shaft 14 rotates, the wave generator 3 fixed to the motor shaft 14 rotates, and a wave is generated due to the deformation of the flex spline 4 and the circular The spline 5 rotates at a speed obtained by multiplying the rotational speed of the motor shaft 14 by a certain reduction ratio. The circular spline 5 and the rear link 12 are fixed integrally. As a result, the front link 11 and the rear link 12 relatively rotate.

関節に作用するトルクの検出は特許文献2に準じることができる。すなわちフレクスプライン4のダイヤフラム部に生じる変形を歪ゲージ7で検出することにより関節トルクを検出する。   Detection of torque acting on the joint can be performed according to Patent Document 2. That is, the joint torque is detected by detecting the deformation generated in the diaphragm portion of the flexspline 4 with the strain gauge 7.

スリップリング機構について説明する。サーキュラ・スプライン5と共に回転するスリーブ15上に絶縁材料で作成した絶縁リング16を固定し、さらに絶縁リング16で絶縁しながら導電性材料で作成した複数の集電リング17を固定する。絶縁リング16とスリーブ15とを貫通してあけられた穴を通して、集電リング17の内面に接続された電源線9bおよび通信線10bをスリーブ15内部に通し、さらにスリーブ15とサーキュラ・スプライン5と後段リンク12とを貫通してあけられた穴を通して電源線9bおよび通信線10bを後段リンク12側へ配線する。一方、ローカルコントローラ8から取り出された電源線9cおよび通信線10cのそれぞれに接続されたブラシ18を、対応する集電リング17と摺動接触を保つように絶縁体19をはさみながらケース13に対して固定する。このスリップリング機構により前段リンク11と後段リンク12とが互いに回転しても回転量によらないで関節装置1より先の装置への電源供給および通信の維持が可能となる。   The slip ring mechanism will be described. An insulating ring 16 made of an insulating material is fixed on a sleeve 15 that rotates together with the circular spline 5, and a plurality of current collecting rings 17 made of a conductive material are fixed while being insulated by the insulating ring 16. Through a hole drilled through the insulating ring 16 and the sleeve 15, the power line 9 b and the communication line 10 b connected to the inner surface of the current collecting ring 17 are passed through the sleeve 15, and the sleeve 15, the circular spline 5, The power supply line 9b and the communication line 10b are wired to the rear link 12 side through a hole opened through the rear link 12. On the other hand, the brush 18 connected to each of the power supply line 9c and the communication line 10c taken out from the local controller 8 is attached to the case 13 while holding the insulator 19 so as to keep sliding contact with the corresponding current collecting ring 17. And fix. Even if the front link 11 and the rear link 12 rotate with each other by this slip ring mechanism, it is possible to supply power to the device ahead of the joint device 1 and maintain communication without depending on the rotation amount.

そして図1あるいは図2の関節装置1を機械的、電気的に連結していくことで、配線の数を増やすことなく多自由度の機構を実現することができる。図3のブロック図はエンドエフェクタを取付けたn関節のロボットアームの運用時の配線を示している。通信線を介したシリアル通信によりマスタコントローラとローカルコントローラとのデータ送受が可能となり、マスタコントローラからローカルコントローラの制御モードやパラメータを設定したり、マスタコントローラがローカルコントローラから各種状態量を取得したりすることができる。   Then, by connecting the joint device 1 of FIG. 1 or 2 mechanically and electrically, a mechanism with multiple degrees of freedom can be realized without increasing the number of wires. The block diagram of FIG. 3 shows wiring during operation of an n-joint robot arm to which an end effector is attached. Data can be sent and received between the master controller and the local controller via serial communication via the communication line. The control mode and parameters of the local controller can be set from the master controller, and the master controller can acquire various state quantities from the local controller. be able to.

またエンドエフェクタのローカルコントローラに6軸力覚検出器を接続してエンドエフェクタに作用する力やモーメントを計測したり、各関節のローカルコントローラにその関節近傍のリンク表面に貼り付けた触覚センサを接続してリンク上の接触力を検出するなどして、それらの力やモーメント、接触力の情報をマスタコントローラで利用しながら各関節の制御パラメータを変更することで、外力に対して精度良く順応可能な構成に拡張することも可能である。   In addition, a 6-axis force sensor is connected to the local controller of the end effector to measure the force and moment acting on the end effector, and a tactile sensor attached to the link surface near the joint is connected to the local controller of each joint. By detecting the contact force on the link and changing the control parameters of each joint while using the information on those forces, moments, and contact forces with the master controller, it is possible to adapt to external forces with high accuracy. It is also possible to extend to various configurations.

次に、手首装置の実施例を図4に示す。図4の手首装置41は、図1あるいは図2のような関節装置1を3つ(42、43,44)用いて3軸(45、46、47)を隣接する軸どうしが互いに直交し、かつ両端の軸(45、47)が互いに十分離れた平面内で中間の軸46に対して完全に旋回できるように構成している。この構成によれば、従来の手首装置のように関節の回転限界で制限されることがないため、任意の手先姿勢から任意の手先姿勢変化を動作履歴によらず与えることが可能となる。   Next, an example of a wrist device is shown in FIG. The wrist device 41 of FIG. 4 uses three joint devices 1 (42, 43, 44) as shown in FIG. 1 or FIG. 2 and the three axes (45, 46, 47) adjacent to each other are orthogonal to each other. In addition, the shafts (45, 47) at both ends are configured to be able to completely pivot with respect to the intermediate shaft 46 in a plane sufficiently separated from each other. According to this configuration, unlike the conventional wrist device, it is not limited by the rotation limit of the joint. Therefore, it is possible to give any hand posture change from any hand posture regardless of the operation history.

このような制御則を構成することで、関節の見かけの剛性や粘性を設定することができると同時に、目標関節トルクと実際の関節トルクが一致すればF2は零となりF1の項により正しく位置制御が実現し、また動作が平衡状態にあるときに外力が加わって新たな関節トルクが発生すると、F2の項によりその関節トルクの大きさを減らすような力制御が働く。結果として外力に順応させながら関節の位置制御を行うことができる。またこのような関節を連結してロボットアームとして構成した場合、各関節での力制御をローカルコントローラによって高速に処理する構成にできるため、通信の遅延による影響を受けにくい安定した制御が可能となる。また一方、マスタコントローラによって各関節の角度を取得し、アーム全体の静力学あるいは動力学演算を行い、重力あるいは慣性力やコリオリ力により関節に作用するトルクを補償するようにFtを与えれば、各関節の位置を精度良く制御しながら同時に関節毎のインピーダンスも制御することができる。   By constructing such a control law, it is possible to set the apparent stiffness and viscosity of the joint, and at the same time, if the target joint torque and the actual joint torque match, F2 will be zero and position control will be performed correctly according to the F1 term When an external force is applied and a new joint torque is generated when the operation is in an equilibrium state, force control is performed so as to reduce the magnitude of the joint torque by the term of F2. As a result, the joint position can be controlled while adapting to the external force. In addition, when such a joint is connected and configured as a robot arm, the force control at each joint can be processed at high speed by the local controller, so that stable control that is not easily affected by communication delay is possible. . On the other hand, if the angle of each joint is acquired by the master controller, the entire arm is subjected to statics or dynamics calculation, and Ft is given so as to compensate for the torque acting on the joint by gravity or inertial force or Coriolis force, The impedance of each joint can be controlled at the same time while accurately controlling the position of the joint.

また、冗長自由度にロボットアームを構成する例として、図6のロボットアーム61は図4の手首装置41と同じ構成を持つ手首装置の3軸(66〜68)以外にトルク検出器を備えた回転関節を4軸(62〜65)有し、すべての隣接する回転関節の回転軸が互いに直交するような7自由度構成の場合を示している。このような構成では手先の位置姿勢の6自由度を固定しても自己形状を変化させることのできる自由度があり、またすべての関節にトルク検出器によって前述のインピーダンス制御のような手法が適用できるため、手先の位置姿勢を固定してもロボットアームの持つ自己変形性によって環境との衝突力を緩和するような順応動作をさせることが可能であり、このとき手首装置の関節装置に回転限界がないため手首装置の動作に制約されず、手首装置以外の関節の可動範囲を有効に利用した順応動作が可能となる。   In addition, as an example of configuring the robot arm with redundant degrees of freedom, the robot arm 61 in FIG. 6 includes a torque detector in addition to the three axes (66 to 68) of the wrist device having the same configuration as the wrist device 41 in FIG. This shows a case of a seven-degree-of-freedom configuration in which there are four rotational joints (62 to 65) and the rotational axes of all adjacent rotational joints are orthogonal to each other. In such a configuration, there is a degree of freedom that the self-shape can be changed even if the six degrees of freedom of the position and orientation of the hand are fixed, and a technique such as the impedance control described above is applied to all joints by a torque detector. Therefore, even if the position and orientation of the hand is fixed, it is possible to allow the robot arm to adapt to the collision force with the environment due to the self-deformability of the robot arm. Therefore, the operation of the wrist device is not restricted, and an adaptation operation that effectively uses the movable range of joints other than the wrist device is possible.

また一般に冗長自由度のロボットアームに対して繰り返し動作を教示したい場合には、単に手先の位置姿勢だけではなくロボットの自己形状も教示する必要があるが、ティーチングペンダント等の入力装置では直感的に操作がしにくい。しかし、例えば前述のインピーダンス制御において重力等の補償を目標関節トルクFtで行い、位置誤差トルクF1maxを零とすれば、外力でロボットアーム全体を任意に変形させられるようになるため、特別な入力装置なしに人が直接、ロボットアームのリンクを手でつかみ、力を加えてロボットアームの手先位置姿勢や自己形状を直接変更し、動作教示させることが可能となる。   Also, in general, if you want to teach repetitive motion to a robot arm with redundant degrees of freedom, it is necessary to teach not only the position and orientation of the hand but also the robot's self-shape. Difficult to operate. However, for example, if compensation such as gravity is performed with the target joint torque Ft in the above-described impedance control and the position error torque F1max is set to zero, the entire robot arm can be arbitrarily deformed by external force, so a special input device Without a person, it is possible to directly grasp the robot arm link by hand and apply force to directly change the hand arm position / posture and the self-shape of the robot arm to teach the operation.

さらに、ロボットアーム61の構成において、手首装置以外の回転関節のうち少なくとも肩装置の3軸(62、63、64)のうちの両端の回転軸(62、64)を図1あるいは図2のような関節装置1により無限回転可能な構成とすると、特異姿勢を除いては外力に順応しながら手先位置、手先姿勢、自己形状のそれぞれを任意に連続的に変更可能となるため、例えば図7の(a)、(b)、(c)、(d)に示すような旋回動作、あるいはその逆順の旋回動作を無限に繰り返すことも可能となる。このような特性は必ずしも全ての関節を無限回転可能に構成しなくても得られ、ロボットアーム61では構造強度等の観点から軸63は回転角を限定した構成の場合を示している。   Further, in the configuration of the robot arm 61, at least the three rotation axes (62, 63, 64) of the shoulder device among the rotation joints other than the wrist device have the rotation axes (62, 64) at both ends as shown in FIG. If the configuration is such that the joint device 1 can rotate infinitely, the hand position, the hand posture, and the self-shape can be arbitrarily and continuously changed while adapting to the external force except for the specific posture. It is also possible to repeat the turning operation as shown in (a), (b), (c), (d), or the reverse turning operation indefinitely. Such characteristics can be obtained without necessarily making all the joints capable of infinite rotation. In the robot arm 61, the shaft 63 has a configuration in which the rotation angle is limited from the viewpoint of structural strength and the like.

また、関節を連結してロボットアームを構成する際、図8(a)のように2つの関節装置1をローカルコントローラの固定されている端部側で連結した場合、関節が動作してもそれらのローカルコントローラは一体に固定されているため、図8(b)のように関節装置1の一方を、ローカルコントローラの役割を他方の関節装置1に任せ、自身はローカルコントローラを持たない関節装置1’によって置き換えることができる。また図6のロボットアーム61の関節装置63のように、回転角に制限のある回転関節はスリップリングが不要であり、また制御の処理を近傍のローカルコントローラに任せることができるため、図9のようにスリップリングもローカルコントローラも持たない関節装置1”で構成することができ、このような関節装置1”は関節装置1の近傍に何台も連結させてロボットアームを構成可能である。   Further, when a robot arm is configured by connecting joints, when the two joint devices 1 are connected at the fixed end side of the local controller as shown in FIG. As shown in FIG. 8B, one of the joint devices 1 is assigned to the other joint device 1 as shown in FIG. 8B, and the joint device 1 itself does not have a local controller. Can be replaced by '. In addition, as in the joint device 63 of the robot arm 61 in FIG. 6, a rotary joint with a limited rotation angle does not require a slip ring, and control processing can be left to a nearby local controller. As described above, the joint device 1 ″ having neither a slip ring nor a local controller can be configured, and a number of such joint devices 1 ″ can be connected in the vicinity of the joint device 1 to form a robot arm.

人と接するような日常生活分野を含む非製造業分野などにおいて、多様で複雑な作業を人手に代わって安全に実行させるためのロボットに適用できる。 In non-manufacturing industry fields including daily life fields that come into contact with humans, the present invention can be applied to robots for safely performing various and complex tasks on behalf of human hands.

本発明の回転関節装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the rotary joint apparatus of this invention. 本発明の回転関節装置の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the rotary joint apparatus of this invention. 本発明のロボットアームの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the robot arm of this invention. 本発明の手首装置の斜視図。The perspective view of the wrist apparatus of this invention. 位置誤差補償トルクを示す図。The figure which shows a position error compensation torque. 本発明の7自由度ロボットアームの斜視図。The perspective view of the 7 degree-of-freedom robot arm of this invention. 本発明の冗長自由度ロボットアームの連続的な自己変形性を示す斜視図。The perspective view which shows the continuous self-deformability of the redundant freedom degree robot arm of this invention. 2つの関節装置をローカルコントローラの固定されている端部側で連結した場合を例示する図。The figure which illustrates the case where two joint apparatuses are connected by the edge part side fixed of the local controller. 図3とは別の本発明のロボットアームの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the robot arm of this invention different from FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 関節装置
2 DCモータ
3 ウェーブ・ジェネレータ
4 フレクスプライン
5 サーキュラ・スプライン
6 エンコーダ
7 歪ゲージ
8 ローカルコントローラ
9a、9b、9c 電源線
10a、10b、10c 通信線
11 前段リンク
12 後段リンク
17 集電リング
18 ブラシ
41 手首装置
61 ロボットアーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joint apparatus 2 DC motor 3 Wave generator 4 Flex spline 5 Circular spline 6 Encoder 7 Strain gauge 8 Local controller 9a, 9b, 9c Power supply line 10a, 10b, 10c Communication line 11 Pre-stage link 12 Post-stage link 17 Current collection ring 18 Brush 41 Wrist device 61 Robot arm

Claims (7)

回転可能に連結した2つのリンクを駆動するための回転関節装置を複数個連結したロボットアームにおいて、
前記回転関節装置の動作制御を局所的に司るローカルコントローラ、及び該ローカルコントローラとは通信線を介した通信によりデータ送受が可能なマスタコントローラを備え、
前記回転関節装置は、角度検出器とトルク検出器とアクチュエータと前記ローカルコントローラとを有して、前記角度検出器および前記トルク検出器から得られた角度およびトルクの値に基づきながら、前記マスタコントローラから指示された位置、トルク、剛性、粘性の各特性に関する制御を同時に実現するため、前記ローカルコントローラから前記アクチュエータへの制御コマンドを前記ローカルコントローラ上で演算し、
前記ローカルコントローラは、前記トルク検出器からトルク値を取得することにより、ロボットアームに作用する外力に順応させる制御をこのローカルコントローラ上で閉じた形で処理し、かつ、
前記回転関節装置は、関節の回転と共に摺動しながらリンク間の電気的接続を維持するスリップリング機構を具備することで、リンク間の電気的接続を維持しながら無限に回転可能であることを特徴とするロボットアー
In a robot arm in which a plurality of rotary joint devices for driving two links that are rotatably connected are connected ,
A local controller that locally controls the operation of the rotary joint device, and a master controller capable of transmitting and receiving data by communication via a communication line with the local controller,
The rotary joint device, the the angle detector and a torque detector and an actuator and a local controller, while based on the obtained value of angle and torque from said angle detector and said torque detector, said master controller In order to simultaneously realize control related to each characteristic of position, torque, rigidity, and viscosity instructed from the control command from the local controller to the actuator on the local controller,
The local controller obtains a torque value from the torque detector, thereby processing the control to adapt to the external force acting on the robot arm in a closed form on the local controller, and
The rotary joint device includes a slip ring mechanism that maintains an electrical connection between links while sliding along with the rotation of the joint, thereby enabling infinite rotation while maintaining an electrical connection between the links. robot arm, characterized.
前記アクチュエータとして電動モータと該電動モータの回転数を減速させる減速器を用い、前記トルク検出器として前記減速器に設置した歪センサを用いることを特徴とする請求項1に記載のロボットアームの回転関節装置。 The rotation of the robot arm according to claim 1, wherein an electric motor and a speed reducer that decelerates the number of rotations of the electric motor are used as the actuator , and a strain sensor installed in the speed reducer is used as the torque detector. Joint device. 2つの回転関節装置の一方に備えたローカルコントローラを、他方の回転関節装置で共用して、この2つの回転関節装置をローカルコントローラの固定されている端部側で連結した請求項に記載のロボットアーム。 The local controller with one of the two rotary joint device, shared by the other rotary joint device, according to the two rotary joint device to claim 1 which is connected at the end side that is fixed in the local controller Robot arm. 前記他方の回転関節装置は、スリップリングが不要の回転角に制限のある回転関節装置であり、その制御の処理を前記一方の回転関節装置に備えたローカルコントローラに任せた請求項3に記載のロボットアーム。 The said other rotation joint apparatus is a rotation joint apparatus with a restriction | limiting in the rotation angle which does not require a slip ring , The process of the control was left to the local controller with which said one rotation joint apparatus was provided. Robot arm. 前記回転関節装置の3つは、隣接している回転関節装置の回転軸が互いに直交し、かつ両端の回転関節装置の回転軸が互いに離れた平面内で中間の回転関節装置の回転軸に対して回転するように連結させ、3つの回転関節装置を順に電気的に接続した構成とした請求項1に記載のロボットアーム The three rotary joint device is with respect to the axis of rotation of the intermediate rotary joint device in a rotating axis orthogonal to each other of the adjoining rotary joint device, and the rotation axis of the two ends of the rotary joint device is separated from each other plane The robot arm according to claim 1, wherein the robot arm is configured to be connected so as to rotate and to electrically connect three rotary joint devices in order. 前記3つの回転関節装置以外に4軸以上の回転関節装置を有する冗長自由度構成とし、前記4軸以上の回転関節装置は少なくとも角度検出器とトルク検出器とアクチュエータを具備する請求項5に記載のロボットアーム。 Said three a redundant degree of freedom structure having a rotating joint device for more than four axes other than the rotational joint device, according to claim 5 wherein the 4 or more axes of the rotary joint device comprising at least angle detector and a torque detector actuator of the robot arm. 前記回転関節装置の3つを、隣接している回転関節装置の回転軸が互いに直交し、かつ両端の回転関節装置の回転軸が互いに離れた平面内で中間の回転関節装置の回転軸に対して回転するように連結させ、3つの回転関節装置を順に電気的に接続した構成とした手首装置と、前記回転関節装置の3つからなる肩装置と、前記回転関節装置の1つからなる肘装置とからなる7自由度冗長ロボットアームであり、
前記肩装置と前記肘装置における4つの回転関節装置は少なくとも角度検出器とトルク検出器とアクチュエータとを有し、
前記手首装置の3つの回転関節装置を含む7つすべての回転関節装置の回転軸が隣接している回転関節装置の回転軸と互いに直交するように連結され、
前記手首装置の3つの回転関節装置以外に少なくとも前記肩装置のうちの両端の回転関節装置が前記手首装置の回転関節装置と同一の構成を有する請求項1に記載のロボットアーム。
Three of the rotating joint device, with respect to the axis of rotation of the intermediate rotary joint device in a rotating axis orthogonal to each other of the adjoining rotary joint device, and the rotation axis of the two ends of the rotary joint device is separated from each other plane And a wrist device composed of three rotational joint devices electrically connected in order, a shoulder device composed of three rotational joint devices, and an elbow composed of one rotational joint device. A 7-degree-of-freedom redundant robot arm consisting of a device,
Said four rotary joint device in the shoulder unit and the elbow device and an actuator at least the angle detector and a torque detector,
The axis of rotation of all seven rotary joint device comprising three rotary joint device of the wrist device is connected so as to be perpendicular to each other and the rotation axis of the rotary joint device that is adjacent,
Robot arm according to claim 1, rotary joint device at both ends of the at least the shoulder device has the same configuration as the rotary joint device of the wrist device in addition to three rotational joint device of the wrist device.
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