JP4333625B2 - Robot arm and humanoid robot - Google Patents

Robot arm and humanoid robot Download PDF

Info

Publication number
JP4333625B2
JP4333625B2 JP2005122336A JP2005122336A JP4333625B2 JP 4333625 B2 JP4333625 B2 JP 4333625B2 JP 2005122336 A JP2005122336 A JP 2005122336A JP 2005122336 A JP2005122336 A JP 2005122336A JP 4333625 B2 JP4333625 B2 JP 4333625B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
pulley
rotation
motor
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005122336A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006297537A (en
Inventor
康裕 太田
仁司 鴻巣
サンディーニ ジュリオ
メッタ ジョージオ
ベッキ フランチェスコ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005122336A priority Critical patent/JP4333625B2/en
Publication of JP2006297537A publication Critical patent/JP2006297537A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4333625B2 publication Critical patent/JP4333625B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Description

本発明は、上腕部と下腕部と手部とから構成され、胴体と上腕部とは肩関節で連結されており、上腕部と下腕部とは肘関節で連結されており、下腕部と手部とは手首関節で連結されており、肩関節を構成するロール軸とピッチ軸とヨー軸のそれぞれの軸まわりを上腕部が回転または回動可能なロボットアームと、該ロボットアームを備えた人間型ロボットに係り、特に、ロボットの胸とロボットアームとの干渉によって狭められているロボットアームの作業空間を、ロボットアームの長さを長くすることなく広範囲に広げることのできるロボットアームと該ロボットアームを備えた人間型ロボットに関するものである。   The present invention comprises an upper arm part, a lower arm part, and a hand part, the torso and the upper arm part are connected by a shoulder joint, and the upper arm part and the lower arm part are connected by an elbow joint, The hand part and the hand part are connected by a wrist joint, a robot arm whose upper arm part can be rotated or rotated around each of a roll axis, a pitch axis and a yaw axis constituting a shoulder joint, and the robot arm In particular, a robot arm that can widen the work space of the robot arm, which is narrowed by interference between the robot's chest and the robot arm, without extending the length of the robot arm. The present invention relates to a humanoid robot provided with the robot arm.

高齢化社会の到来や労働者人口の減衰により、ロボットが人間と環境を共にして協働して生活できる社会の実現が望まれるようになっている。そのためには、ロボットの醸し出す威圧感や恐怖感を和らげるべく、より親和性のある動作態様に近づけるといった研究や、ロボットの動作空間(作業空間)をより人間のそれに近づけるような研究が電機産業界や自動車産業界をはじめとして鋭意進められている。これらのロボットはヒューマノイドロボット(人間型ロボット)と呼ばれており、工場の生産ラインにおける各種の組付け作業をはじめとして、人間生活支援作業(身障者介護や買い物など)や建設現場などの危険エリアにおける作業にいたるまで、望まれる適用エリアは広範囲に及んでいる。   With the arrival of an aging society and the decline in the workforce, it is desired to realize a society where robots can live together in cooperation with humans and the environment. To that end, research to bring the robot to a more compatible motion mode and research to bring the robot's motion space (work space) closer to that of human beings to alleviate the intimidation and fear created by the robot. And the automotive industry and so on. These robots are called humanoid robots (humanoid robots), and include various assembly tasks in factory production lines, human life support operations (such as care for disabled people and shopping), and danger areas such as construction sites. From work to work, the desired application area is extensive.

前者に関する研究、すなわち、ロボットの動作態様をより親和性のある動きにするための研究内容が、非特許文献1に開示されている。ここでは、ヒューマノイドロボットの腕の動きに注目し、人間らしい肩の動きを模擬したサイバネティックショルダをロボットに適用しようとするものである。これは上体(胴体)に固定されるリンクと腕が固定されるリンクとのほぼ中間に常に回転中心を位置させることにより、人間らしい肩の動きを模擬しようとするものである。   Non-patent document 1 discloses research related to the former, that is, research for making the movement mode of the robot more compatible. Here, we focus on the movement of the arm of a humanoid robot and try to apply a cybernetic shoulder that simulates the movement of a human-like shoulder to the robot. This is to try to simulate a human-like shoulder movement by always locating the center of rotation between the link fixed to the upper body (torso) and the link to which the arm is fixed.

また、前者および後者の双方を満足せんとする発明が、特許文献1に開示されている。これは、複数本の可動脚を備えたロボットの動きの中でも特に脚部に注目し、ロボットの走行や跳躍をよりスムーズに制御することのできるロボットの運動制御装置や制御方法に関するものである。   An invention that satisfies both the former and the latter is disclosed in Patent Document 1. The present invention relates to a robot motion control apparatus and control method that can control the running and jumping of a robot more smoothly by paying attention to the leg portion among the movements of a robot having a plurality of movable legs.

岡田 昌史, 中村 仁彦,“ヒューマノイドロボットプロジェクト”[ 平成17年1月25日検索]、インターネット<URL:http://www.ynl.t.u−tokyo.ac.jp/research/shoulder/shoulder−j.html>Masafumi Okada, Yoshihiko Nakamura, “Humanoid Robot Project” [searched on January 25, 2005], Internet <URL: http: // www. ynl. t. u-tokyo. ac. jp / research / shoulder / shoulder-j. html> 特許第3599244号公報Japanese Patent No. 3599244

非特許文献1に開示のヒューマノイドロボットによれば、サイバネティックショルダを適用することでより人間の腕の動きに近時した動きを実現することができる一方で、ロボットの腕の可動範囲(作業空間)を広げることはできない。また、特許文献1に開示のロボットの運動制御装置や制御方法によれば、ロボットの脚部の動きからロボットの可動範囲を広げることは可能であるが、ロボットアームの可動範囲(作業空間)を広げることに対応していない。   According to the humanoid robot disclosed in Non-Patent Document 1, by applying a cybernetic shoulder, it is possible to realize a movement closer to the movement of a human arm, while the movable range of the robot arm (work space) Cannot spread. Further, according to the robot motion control apparatus and control method disclosed in Patent Document 1, it is possible to widen the movable range of the robot from the movement of the leg of the robot, but the movable range (work space) of the robot arm is reduced. It does not correspond to spreading.

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、アーム長を長くすることなく、その可動範囲(作業空間)を従来に比べて広範囲とすることのできるロボットアームと、該ロボットアームを備えた人間型ロボットを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problems. A robot arm capable of making the movable range (work space) wider than the conventional arm without increasing the arm length, and the robot arm The purpose is to provide a humanoid robot equipped.

前記目的を達成すべく、本発明によるロボットアームは、上腕部と下腕部と手部とから構成され、胴体と上腕部とは肩関節で連結されており、上腕部と下腕部とは肘関節で連結されており、下腕部と手部とは手首関節で連結されており、肩関節を構成するロール軸とピッチ軸とヨー軸のそれぞれの軸まわりを上腕部が回転または回動可能なロボットアームにおいて、前記上腕部には、その途中に肩関節のヨー軸と並行でかつ該ヨー軸まわりを回動できる別途のヨー軸が設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a robot arm according to the present invention includes an upper arm portion, a lower arm portion, and a hand portion, and the body and the upper arm portion are connected by a shoulder joint, and the upper arm portion and the lower arm portion are It is connected at the elbow joint, the lower arm part and the hand part are connected at the wrist joint, and the upper arm part rotates or rotates around each of the roll axis, pitch axis, and yaw axis constituting the shoulder joint In a possible robot arm, the upper arm portion is provided with a separate yaw axis that can rotate around the yaw axis in parallel with the yaw axis of the shoulder joint.

本発明のロボットアームは、生産ラインで適用されている産業用ロボットや各種のアクチュエータなどに適用することができる。上腕部は、公知のロボットアームと同様に肩関節を中心に3自由度を有しており、ロール軸とピッチ軸とヨー軸のそれぞれの軸まわりに回転または回動自在に構成されている。上腕部と下腕部とを連結する肘関節が2自由度で下腕部と手部とを連結する手首関節が2自由度の場合は全体で7自由度のロボットアームとなり、肘関節が1自由度の場合は6自由度のロボットアームとなる。ここで、ピッチ軸とは、ロボットの左右の肩の軸線に並行な軸であり、ヨー軸とは、鉛直方向の軸であり、ロール軸とは、ピッチ軸およびヨー軸のそれぞれに垂直な軸である。   The robot arm of the present invention can be applied to industrial robots and various actuators applied in production lines. Like the known robot arm, the upper arm portion has three degrees of freedom around the shoulder joint, and is configured to be rotatable or rotatable about each of the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis. If the elbow joint connecting the upper arm and lower arm has 2 degrees of freedom and the wrist joint connecting the lower arm and hand has 2 degrees of freedom, the robot arm has 7 degrees of freedom as a whole, and the elbow joint is 1 In the case of the degree of freedom, the robot arm has 6 degrees of freedom. Here, the pitch axis is an axis parallel to the left and right shoulder axes of the robot, the yaw axis is a vertical axis, and the roll axis is an axis perpendicular to each of the pitch axis and the yaw axis. It is.

肩関節の各軸まわりの上腕部の回転または回動は、それぞれに固有のサーボモータにておこなわれる。   Rotation or rotation of the upper arm around each axis of the shoulder joint is performed by a servo motor unique to each.

本発明のロボットアームは、上腕部の途中に肩関節のヨー軸とは別途のヨー軸が設けられている。この別途のヨー軸の軸心は、肩関節のヨー軸の軸心と並行に配設されており、さらに肩関節のヨー軸まわりをこの第二のヨー軸が回動できるように構成されている。   In the robot arm of the present invention, a yaw axis separate from the yaw axis of the shoulder joint is provided in the middle of the upper arm. The axis of this separate yaw axis is arranged in parallel with the axis of the yaw axis of the shoulder joint, and the second yaw axis can be rotated around the yaw axis of the shoulder joint. Yes.

従来のロボットにおいては、肩関節のヨー軸まわりを上腕部が回動する際に、上腕部の一部とロボットの胸の端部が干渉してしまい、ロボット前方におけるロボットアームの作業空間が制約を受けていた。それに対して、本発明のロボットアームによれば、肩関節のヨー軸と並行で該ヨー軸から一定の離間をおいて該ヨー軸まわりを別途のヨー軸が回動できるため、この別途のヨー軸を回動中心として、上腕部の一部から手部にかけてのロボットアーム部分が従来に比して広範囲に回動することができる。   In conventional robots, when the upper arm rotates around the yaw axis of the shoulder joint, a part of the upper arm and the end of the robot's chest interfere with each other, limiting the work space of the robot arm in front of the robot. I was receiving. On the other hand, according to the robot arm of the present invention, the separate yaw axis can be rotated around the yaw axis at a certain distance from the yaw axis in parallel with the yaw axis of the shoulder joint. The robot arm portion from a part of the upper arm portion to the hand portion can be rotated in a wider range than in the past with the shaft as the rotation center.

また、本発明によるロボットアームの他の実施形態において、肩関節には、ピッチ軸まわりを回転または回動することによって選択的にロール軸またはヨー軸を構成することのできる第一の軸と、該第一の軸を回転軸心とする第一のプーリが備えられており、上腕部の途中には第一の軸に並行な第二の軸と、該第二の軸を回転軸心とする第二のプーリが備えられており、第一のプーリに固着された連絡部材と第二の軸が接続されており、第一のモータの回転または回動に応じて間接的に第一のプーリが回動することができ、第一のプーリの回動に応じて連絡部材を介して第二の軸が第一の軸まわりを回動することができ、第二のモータの回転または回動に応じて間接的に第二のプーリが第二の軸まわりを回動することができ、第三のモータの回転または回動に応じて第一の軸がピッチ軸まわりを回転または回動できるように構成されていることを特徴とする。   In another embodiment of the robot arm according to the present invention, the shoulder joint has a first axis that can selectively form a roll axis or a yaw axis by rotating or rotating around the pitch axis; A first pulley having the first axis as a rotation axis is provided, and a second axis parallel to the first axis is provided in the middle of the upper arm, and the second axis is a rotation axis. A connecting member fixed to the first pulley and the second shaft are connected, and the first pulley is indirectly coupled with the rotation or rotation of the first motor. The pulley can be rotated, and the second shaft can be rotated around the first axis via the connecting member in accordance with the rotation of the first pulley, and the rotation or rotation of the second motor can be performed. In response to the movement, the second pulley can rotate about the second axis indirectly, and the third motor First axis in response to rotation or pivoting is characterized in that it is configured to rotate or pivot about the pitch axis.

第一の軸心と第二の軸心は並行であり、それぞれの軸心まわりに第一のプーリと第二のプーリが回転または回動自在に装着されている。この2つの軸心同士を第一のプーリに固着された連絡部材が繋いでいる。この連絡部材と第二の軸心は、第二の軸心が回転可能に接続されている。かかる構成とすることで、肩関節を構成する第一のプーリの回転によって上腕部を構成する連絡部材が回転または回動することができ、第二のプーリが連絡部材の端部を中心に回転または回動することが可能となる。そのため、上腕部がヨー軸まわりに動いた際には、肩関節から連絡部材の長さだけ離れた位置で、上腕部の一部〜手部までのロボットアームがヨー軸まわりに回動することが可能となり、従来に比べてロボット前方におけるロボットアームの可動範囲が広範囲となる。   The first shaft center and the second shaft center are parallel to each other, and the first pulley and the second pulley are rotatably mounted around the respective shaft centers. The two shaft centers are connected to a connecting member fixed to the first pulley. The connecting member and the second shaft center are rotatably connected to the second shaft center. With this configuration, the connecting member that forms the upper arm can be rotated or rotated by the rotation of the first pulley that forms the shoulder joint, and the second pulley can rotate around the end of the connecting member. Or it can be rotated. Therefore, when the upper arm moves around the yaw axis, the robot arm from a part of the upper arm to the hand rotates around the yaw axis at a position away from the shoulder joint by the length of the connecting member. Compared with the prior art, the movable range of the robot arm in front of the robot becomes wider.

ロボットアームのピッチ軸まわりの回転または回動は、胴体内部に埋め込まれた第三のモータ(サーボモータ)の駆動によっておこなわれる。この第三のモータの駆動軸には、該駆動軸に垂直方向の第一の軸が固着されており、この軸まわりに第一のプーリが装着されている。第三のモータの回転によってロボットアームがピッチ軸まわりを回転するとともに、ロボットアームをロール軸まわりに回動させたい場合には、第一の軸を水平面内に配設すればよいし、ロボットアームをヨー軸まわりに回動させたい場合には、第一の軸を鉛直面内に配設すればよい。   The rotation or rotation around the pitch axis of the robot arm is performed by driving a third motor (servo motor) embedded in the body. A first shaft perpendicular to the drive shaft is fixed to the drive shaft of the third motor, and a first pulley is mounted around the shaft. When the robot arm rotates about the pitch axis by the rotation of the third motor and the robot arm needs to be rotated about the roll axis, the first axis may be arranged in a horizontal plane. If it is desired to rotate the shaft around the yaw axis, the first shaft may be disposed in the vertical plane.

また、第一のモータの回転または回動に応じて間接的に第一のプーリが回動するとは、第一のモータの駆動軸と第一のプーリとが特に限定しない適宜の駆動力伝達手段(ギヤやベルトなど)を介して接続されていることを意味している。これは、第二のモータの回転または回動に応じて間接的に第二のプーリが第二の軸まわりを回動することにも通じる。   Further, the fact that the first pulley rotates indirectly in accordance with the rotation or rotation of the first motor means that the driving shaft and the first pulley of the first motor are not particularly limited. It means that it is connected via (gear, belt, etc.). This also leads to the second pulley indirectly turning around the second axis in accordance with the rotation or rotation of the second motor.

本発明によれば、使用されるモータの数量を増加させることなく、さらには肩関節の自由度を増やすことなくロボットアームの可動範囲を広範囲に広げることができる。これは、肩関節を構成する第一の軸と上腕部に設けられた第二の軸が連動して動くことによるものである。   According to the present invention, the movable range of the robot arm can be expanded over a wide range without increasing the number of motors used and without increasing the degree of freedom of the shoulder joint. This is because the first axis constituting the shoulder joint and the second axis provided on the upper arm portion move in conjunction with each other.

また、本発明によるロボットアームの他の実施形態において、第一のモータの駆動軸と第一の従動ローラにベルトが掛け渡されており、第一の従動ローラと第一のプーリとがアイドルプーリを介してワイヤにて繋げられており、第二のモータの駆動軸と第二の従動ローラにベルトが掛け渡されており、第二の従動ローラと第二のプーリとがアイドルプーリを介してワイヤにて繋げられていることを特徴とする。   In another embodiment of the robot arm according to the present invention, a belt is stretched between the drive shaft of the first motor and the first driven roller, and the first driven roller and the first pulley are idle pulleys. The belt is stretched over the drive shaft of the second motor and the second driven roller, and the second driven roller and the second pulley are connected via the idle pulley. It is connected by a wire.

第一のモータの駆動は、まず、ベルトを介して従動ローラに伝達される。この従動ローラには2本のワイヤのそれぞれの端部が固着(または係合)されている。この2本のワイヤは、アイドルプーリを介して方向転換され、それぞれのワイヤの他端部が第一のプーリに固着(または係合)されている。かかる構成とすることにより、第一のモータの駆動をベルトと従動ローラとワイヤを介して第一のプーリに伝達でき、第一のプーリを回動させることにより、この第一のプーリに固着された連絡部材を介して、第二の軸を第一の軸まわりに回動させることが可能となる。   The drive of the first motor is first transmitted to the driven roller via the belt. Each end of the two wires is fixed (or engaged) to the driven roller. The two wires are turned through idle pulleys, and the other ends of the wires are fixed (or engaged) to the first pulley. With this configuration, the drive of the first motor can be transmitted to the first pulley via the belt, the driven roller, and the wire, and the first pulley is fixed by rotating the first pulley. The second shaft can be rotated around the first shaft via the connecting member.

一方、第二のモータの駆動も同様に、別途の従動ローラと別途の2本のワイヤを介して第二のプーリに伝達させることにより、第二のプーリを第二の軸まわりに回動させることが可能となる。   On the other hand, the driving of the second motor is similarly transmitted to the second pulley via a separate driven roller and two separate wires, thereby rotating the second pulley around the second axis. It becomes possible.

さらに、本発明による人間型ロボットは、前記ロボットアームを備えたことを特徴とする。   Furthermore, the humanoid robot according to the present invention includes the robot arm.

既述するロボットアームを備えた人間型ロボットとすることにより、アームの可動範囲が大幅に広範囲となることで、より人間に近いアームの作動を実現することができる。なお、ここでいう人間型ロボットとは、ヒューマノイドロボットや産業用ロボットなどを含む広い概念である。また、この人間型ロボットには、既述する脚部の跳躍性能や走行/歩行性能が備えられている実施形態も含まれるものである。   By using the humanoid robot provided with the robot arm described above, the movement range of the arm is greatly widened, so that the operation of the arm closer to a human can be realized. The humanoid robot here is a broad concept including humanoid robots and industrial robots. Further, the humanoid robot includes an embodiment provided with the leg jumping performance and the running / walking performance described above.

以上の説明から理解できるように、本発明のロボットアームおよび人間型ロボットによれば、肩関節を構成する第一の軸に連動して回動することのできる第二の軸が上腕部に設けられることにより、ロボットアームのアーム長を長くすることなく、さらには、肩関節〜上腕部にかけての自由度を増加させることなく、ロボットアームの可動範囲を広範囲に広げることができる。   As can be understood from the above description, according to the robot arm and the humanoid robot of the present invention, the upper arm portion is provided with the second axis that can rotate in conjunction with the first axis constituting the shoulder joint. By doing so, the movable range of the robot arm can be expanded over a wide range without increasing the arm length of the robot arm and without increasing the degree of freedom from the shoulder joint to the upper arm.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の人間型ロボットの胴体〜ロボットアームの構造を示した斜視図を、図2は、従来の人間型ロボットの胴体〜ロボットアームの構造を示した斜視図をそれぞれ示している。図3aは、従来の人間型ロボットのロボットアームの可動範囲を示した模式図であり、図3bは、本発明の人間型ロボットのロボットアームの可動範囲を示した模式図である。図4は、ロボットアームのロール軸まわりの回動を示した模式図を、図5は、ロボットアームのヨー軸まわりの回動を示した模式図をそれぞれ示している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a torso-robot arm of a humanoid robot according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a torso-robot arm of a conventional humanoid robot. . FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a movable range of a robot arm of a conventional humanoid robot, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a movable range of the robot arm of the humanoid robot of the present invention. 4 is a schematic diagram showing the rotation of the robot arm about the roll axis, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the rotation of the robot arm about the yaw axis.

図1は、人間型ロボットの一実施形態のうち、左側ロボットアームの構造を示した斜視図であり、右側ロボットアームや脚部を省略したものである。図示するロボットアーム1は、肩関節にて3自由度、肘関節にて1自由度、手首関節にて2自由度(プーリ83a,83bによる回動)の計6自由度を有する実施形態である。人間型ロボット10を構成するロボットアーム1は、胴体9に肩関節81を介して上腕部2が接続され、上腕部2は肘関節82を介して下腕部3と接続し、下腕部3は手首関節83を介して手部4と接続されて大略構成されている。胴体9の側部からはロボットアーム1をロール軸まわりに回動させる第一のモータ61の駆動軸が突出しており、さらに、ロボットアーム1をヨー軸まわりに回動させる第二のモータ62の駆動軸が突出している。また、胴体9の内部には図示しない第三のモータが内臓されており、第三のモータの駆動軸にロボットアーム1が固着されてロボットアーム1がピッチ軸まわりに回転または回動自在となっている。   FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a left robot arm in one embodiment of a humanoid robot, in which the right robot arm and legs are omitted. The illustrated robot arm 1 is an embodiment having a total of 6 degrees of freedom: 3 degrees of freedom at the shoulder joint, 1 degree of freedom at the elbow joint, and 2 degrees of freedom at the wrist joint (rotation by pulleys 83a and 83b). . In the robot arm 1 constituting the humanoid robot 10, the upper arm 2 is connected to the body 9 via a shoulder joint 81, the upper arm 2 is connected to the lower arm 3 via an elbow joint 82, and the lower arm 3 Is generally configured by being connected to the hand portion 4 via a wrist joint 83. A drive shaft of a first motor 61 that rotates the robot arm 1 about the roll axis protrudes from the side of the body 9, and further, a second motor 62 that rotates the robot arm 1 about the yaw axis. The drive shaft is protruding. Further, a third motor (not shown) is built in the body 9, and the robot arm 1 is fixed to the drive shaft of the third motor so that the robot arm 1 can be rotated or rotated around the pitch axis. ing.

ロボットアーム1のロール軸まわりの回動およびヨー軸まわりの回動に関してはその詳細を後述するが、例えば、ヨー軸まわりの回動に関しては、図1に示すように、まず、図示しない第三のモータによってロボットアームをピッチ軸まわりに回動させ、第一のプーリ53の回動軸心である第一の軸51と、第二のプーリ54の回動軸心である第二の軸52とが鉛直方向となるように配設する。第一のモータ61の駆動軸と従動ローラ71とは図示しないベルトにて繋げられており、モータ駆動が従動ローラ71に伝達可能となっている。この従動ローラ71には2本のワイヤのそれぞれの端部が係止されており、このワイヤはアイドルプーリ56aを介して第一のプーリ53に係止されている。この第一のプーリ53には連絡部材55の一端が固着されており、連絡部材55の他端は第二のプーリ54の軸心(第二の軸52)と該第二の軸52が回動自在に接続されている。かかる構成により、第一のモータ61の駆動はベルトを介して従動ローラ71に伝達され、従動ローラ71の回動はワイヤを介して第一のプーリ53に伝達される。第一のプーリ53の回動に呼応して連絡部材55が回動し、連絡部材55の回動によって第二の軸52が第一の軸51まわりを回動することができる。   The details of the rotation of the robot arm 1 around the roll axis and the rotation around the yaw axis will be described later. For example, as to the rotation around the yaw axis, as shown in FIG. The robot arm is rotated around the pitch axis by the motor of the first shaft 51 and the second shaft 52 that is the rotation axis of the second pulley 54. Are arranged in the vertical direction. The drive shaft of the first motor 61 and the driven roller 71 are connected by a belt (not shown) so that the motor drive can be transmitted to the driven roller 71. Each end of the two wires is locked to the driven roller 71, and the wires are locked to the first pulley 53 via an idle pulley 56a. One end of a connecting member 55 is fixed to the first pulley 53, and the other end of the connecting member 55 is rotated by the axis of the second pulley 54 (second shaft 52) and the second shaft 52. It is connected freely. With this configuration, the drive of the first motor 61 is transmitted to the driven roller 71 via the belt, and the rotation of the driven roller 71 is transmitted to the first pulley 53 via the wire. The communication member 55 rotates in response to the rotation of the first pulley 53, and the second shaft 52 can rotate around the first shaft 51 by the rotation of the communication member 55.

さらに、第二のモータ62の駆動は、図示しないベルトを介して従動ローラ72に伝達される。従動ローラ72には2本のワイヤのそれぞれの一端が係止されており、それぞれのワイヤはアイドルプーリ56b,56dとアイドルプーリ56c,56eを介して他端が第二のプーリ54に係止されている。かかる構成により、第二のモータ62の駆動はベルトを介して従動ローラ72に伝達され、従動ローラ72の回動はワイヤを介して第二のプーリ54に伝達され、第二のプーリ54が第二の軸52まわりを回動することができる。   Further, the drive of the second motor 62 is transmitted to the driven roller 72 via a belt (not shown). One end of each of the two wires is locked to the driven roller 72, and each wire is locked to the second pulley 54 via the idle pulleys 56b and 56d and the idle pulleys 56c and 56e. ing. With this configuration, the drive of the second motor 62 is transmitted to the driven roller 72 via the belt, the rotation of the driven roller 72 is transmitted to the second pulley 54 via the wire, and the second pulley 54 is The second shaft 52 can be rotated.

ロボットアーム1のロール軸まわりの回動は、ロボットアーム1をピッチ軸まわりに回動させ、第一の軸51と第二の軸52を水平面内に配設する。かかる姿勢で、上記するヨー軸まわりの回動と同様の作動によって、ロボットアーム1のロール軸まわりの回動が可能となる。   The rotation of the robot arm 1 about the roll axis causes the robot arm 1 to rotate about the pitch axis, and the first axis 51 and the second axis 52 are arranged in a horizontal plane. With this posture, the robot arm 1 can be rotated about the roll axis by the same operation as the rotation about the yaw axis described above.

図2は、従来の人間型ロボットaを構成するロボットアームを示したものである。肩関節には3軸まわりのアームの回動を実現するための3つのサーボモータが装着されている点や第一の軸51に接続された上腕部2aや下腕部3a、手部4aなどの構成は、原則的には本発明のロボットアームと同様である。図1との比較からも明らかなように、本発明のロボットアームとの相違点は、上腕部において、肩関節を構成する第一の軸51と並行で該第一の軸まわりを回動可能な第二の軸52(および第二の軸まわりを回動する第二のプーリ54)が存在しない点である。   FIG. 2 shows a robot arm constituting a conventional humanoid robot a. The shoulder joint is provided with three servo motors for rotating the arm about three axes, the upper arm 2a, the lower arm 3a, the hand 4a, etc. connected to the first shaft 51. The configuration is basically the same as that of the robot arm of the present invention. As is clear from comparison with FIG. 1, the difference from the robot arm of the present invention is that the upper arm can rotate around the first axis 51 in parallel with the first axis 51 constituting the shoulder joint. The second shaft 52 (and the second pulley 54 rotating around the second shaft) does not exist.

上記する構成の相違によって招来されるロボットアームの回動範囲の相違を示したものが図3であり、人間型ロボットを上方から見た図である。図3aは、従来の人間型ロボットにおけるロボットアームの回動範囲を示したものである。肩関節を中心にヨー軸まわりにロボットアーム1aを回動させると、矢印xまで回動させた段階でロボットアーム1aの端部と胴体9とが干渉する。   FIG. 3 shows a difference in the rotation range of the robot arm caused by the difference in the configuration described above, and is a view of the humanoid robot as viewed from above. FIG. 3a shows a rotation range of a robot arm in a conventional humanoid robot. When the robot arm 1a is rotated about the yaw axis about the shoulder joint, the end of the robot arm 1a and the body 9 interfere with each other when the robot arm 1a is rotated to the arrow x.

それに対して、図3bに示す本発明のロボットアーム1によれば、肩関節を構成する第一のプーリ53を中心に第二のプーリ54が矢印yまで回動し、この第二のプーリ54を中心にして上腕部2〜手部4までの部分が矢印zまで回動することが可能となり、ロボットアーム1のヨー軸まわりの可動範囲が格段に広範囲となる。   On the other hand, according to the robot arm 1 of the present invention shown in FIG. 3B, the second pulley 54 rotates to the arrow y around the first pulley 53 constituting the shoulder joint. As a result, the portion from the upper arm portion 2 to the hand portion 4 can be rotated to the arrow z, so that the movable range around the yaw axis of the robot arm 1 is remarkably wide.

図4は、ロボットアーム1のロール軸まわりの回動を説明する図であり、人間型ロボット10の左腕斜め後方から見た図である。まず、ロボットアーム1をロール軸まわりに回動させるに際して、図示しない第三のモータを回動させてロボットアーム1全体をピッチ軸(図中のz軸)まわりに回動させて(矢印w)、図4に示す姿勢とする。かかる姿勢においては、相互に並行な第一の軸51と第二の軸52が水平面内に配設されており、第一の軸51(図中のx1軸)を中心に第二の軸〜手部4までのロボットアームが矢印y1方向に回動することができる。さらに、第二の軸52(図中のx2軸)を中心に第三のプーリ57〜手部4までのロボットアームが矢印y2方向に回動することができる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the rotation of the robot arm 1 around the roll axis, and is a diagram seen from the obliquely rearward left arm of the humanoid robot 10. First, when the robot arm 1 is rotated about the roll axis, a third motor (not shown) is rotated to rotate the entire robot arm 1 about the pitch axis (z axis in the figure) (arrow w). The posture shown in FIG. In such a posture, the first axis 51 and the second axis 52 which are parallel to each other are disposed in the horizontal plane, and the second axis to the first axis 51 (x1 axis in the figure) is the center. The robot arm up to the hand part 4 can rotate in the direction of the arrow y1. Furthermore, the robot arm from the third pulley 57 to the hand portion 4 can rotate in the direction of the arrow y2 around the second shaft 52 (x2 axis in the figure).

図4に戻り、第一のモータ61の駆動軸と従動ローラ71にはベルト58aが掛け渡されており、モータの駆動力が従動ローラ71にまず伝達される。この従動ローラ71には、2本のワイヤ59a1,59a2のそれぞれの端部が係止されており、各ワイヤはアイドルプーリ56a,56aを介して方向転換され、第一のプーリ53の端面に係止されている。なお、2つのアイドルプーリ56a,56aのうちの一つは第一のプーリ53に隠されていて、その記載が省略されている。   Returning to FIG. 4, a belt 58 a is stretched between the drive shaft of the first motor 61 and the driven roller 71, and the driving force of the motor is first transmitted to the driven roller 71. Each end of two wires 59a1 and 59a2 is locked to the driven roller 71. The direction of each wire is changed via idle pulleys 56a and 56a, and the end of the first pulley 53 is engaged. It has been stopped. One of the two idle pulleys 56a, 56a is hidden by the first pulley 53, and its description is omitted.

第一のプーリ53には連絡部材55の一端が固着されており、連絡部材55の他端には第二の軸52が回転可能に接続されている。   One end of a connecting member 55 is fixed to the first pulley 53, and a second shaft 52 is rotatably connected to the other end of the connecting member 55.

2本のワイヤ59a1,59a2は、従動ローラ71の回動方向の正転と逆転により、交互に第一のプーリ53を引っ張りながら第一のプーリ53の回転方向を適宜変化させることができる。第一のプーリ53の回動に応じて連絡部材55が回動でき、この連絡部材55の回動に応じて第二の軸52が第一の軸51まわりを回動することができる。   The two wires 59a1 and 59a2 can appropriately change the rotation direction of the first pulley 53 while pulling the first pulley 53 alternately by normal rotation and reverse rotation of the rotation direction of the driven roller 71. The connecting member 55 can rotate according to the rotation of the first pulley 53, and the second shaft 52 can rotate around the first shaft 51 according to the rotation of the connecting member 55.

図5は、ロボットアーム1のヨー軸まわりの回動を説明する図である。まず、ロボットアーム1をヨー軸まわりに回動させるに際して、図示しない第三のモータを回動させてロボットアーム1全体をピッチ軸まわりに回動させ、図5に示す姿勢とする。かかる姿勢においては、相互に並行な第一の軸51と第二の軸52が鉛直面内に配設されており、第一の軸51(図中のx1軸)を中心に第二の軸〜手部4までのロボットアームが矢印y1方向に回動することができる。さらに、第二の軸52(図中のx2軸)を中心に第三のプーリ57〜手部4までのロボットアームが矢印y2方向に回動することができる。これは、図3bに示す矢印yの動きと矢印zの動きに対応している。   FIG. 5 is a diagram for explaining the rotation of the robot arm 1 around the yaw axis. First, when the robot arm 1 is rotated about the yaw axis, a third motor (not shown) is rotated to rotate the entire robot arm 1 about the pitch axis to obtain the posture shown in FIG. In such a posture, the first axis 51 and the second axis 52 that are parallel to each other are disposed in the vertical plane, and the second axis is centered on the first axis 51 (x1 axis in the figure). The robot arm up to the hand 4 can be rotated in the direction of the arrow y1. Furthermore, the robot arm from the third pulley 57 to the hand portion 4 can rotate in the direction of the arrow y2 around the second shaft 52 (x2 axis in the figure). This corresponds to the movement of the arrow y and the movement of the arrow z shown in FIG.

図5に戻り、第二のモータ62の駆動軸と従動ローラ72にはベルト58bが掛け渡されており、モータの駆動力が従動ローラ72にまず伝達される。この従動ローラ72には、2本のワイヤ59b1,59b2のそれぞれの端部が係止されており、各ワイヤはアイドルプーリ56c,56bを介して方向転換され、さらにアイドルプーリ56e,56dを介して方向転換されて第二のプーリ54の端面に係止されている。2本のワイヤ59b1,59b2は、従動ローラ72の回動方向の正転と逆転により、交互に第二のプーリ54を引っ張りながら第二のプーリ54の回転方向を適宜変化させることができる。   Returning to FIG. 5, the belt 58 b is stretched between the drive shaft of the second motor 62 and the driven roller 72, and the driving force of the motor is first transmitted to the driven roller 72. The driven roller 72 is engaged with the ends of two wires 59b1 and 59b2, and the direction of each wire is changed through idle pulleys 56c and 56b, and further through idle pulleys 56e and 56d. The direction is changed and locked to the end face of the second pulley 54. The two wires 59b1 and 59b2 can appropriately change the rotation direction of the second pulley 54 while pulling the second pulley 54 alternately by normal rotation and reverse rotation of the rotation direction of the driven roller 72.

なお、図示する実施形態においては、第二のプーリ54と第三のプーリ57とがアイドルプーリを介さずにワイヤにて繋げられており、第二のプーリ54の回動に応じて第三のプーリ57が回動できる構成となっている。   In the illustrated embodiment, the second pulley 54 and the third pulley 57 are connected by a wire without an idle pulley, and the third pulley 54 is rotated according to the rotation of the second pulley 54. The pulley 57 can rotate.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

本発明の人間型ロボットの胴体〜ロボットアームの構造を示した斜視図。The perspective view which showed the structure of the trunk | drum-robot arm of the humanoid robot of this invention. 従来の人間型ロボットの胴体〜ロボットアームの構造を示した斜視図。The perspective view which showed the structure of the trunk | drum-robot arm of the conventional humanoid robot. (a)は、従来の人間型ロボットのロボットアームの可動範囲を示した模式図であり、(b)は、本発明の人間型ロボットのロボットアームの可動範囲を示した模式図。(A) is the schematic diagram which showed the movable range of the robot arm of the conventional humanoid robot, (b) is the schematic diagram which showed the movable range of the robot arm of the humanoid robot of this invention. ロボットアームのロール軸まわりの回動を示した模式図。The schematic diagram which showed rotation around the roll axis | shaft of a robot arm. ロボットアームのヨー軸まわりの回動を示した模式図。The schematic diagram which showed the rotation of the robot arm around the yaw axis.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボットアーム、2…上腕部、3…下腕部、4…手部、51…第一の軸、52…第二の軸、53…第一のプーリ、54…第二のプーリ、55…連絡部材、56a〜56e…アイドルプーリ、57…第三のプーリ、61…第一のモータ、62…第二のモータ、63…第三のモータ、71,72…従動ローラ、81…肩関節、82…肘関節、83…手首関節、9…胴体、10…人間型ロボット、10a…従来の人間型ロボット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot arm, 2 ... Upper arm part, 3 ... Lower arm part, 4 ... Hand part, 51 ... 1st axis | shaft, 52 ... 2nd axis | shaft, 53 ... 1st pulley, 54 ... 2nd pulley, 55 ... Communication member, 56a to 56e ... Idle pulley, 57 ... Third pulley, 61 ... First motor, 62 ... Second motor, 63 ... Third motor, 71, 72 ... Follower roller, 81 ... Shoulder joint , 82 ... Elbow joint, 83 ... Wrist joint, 9 ... Body, 10 ... Humanoid robot, 10a ... Conventional humanoid robot

Claims (2)

上腕部と下腕部と手部とから構成されており、胴体と上腕部とは肩関節で連結されており、上腕部と下腕部とは肘関節で連結されており、下腕部と手部とは手首関節で連結されており、肩関節を構成するロール軸とピッチ軸とヨー軸のそれぞれの軸まわりを上腕部が回転または回動可能なロボットアームにおいて、
前記上腕部には、その途中に肩関節のヨー軸と並行でかつ該ヨー軸まわりを回動できる別途のヨー軸が設けられており、
肩関節には、ピッチ軸まわりを回転または回動することによって選択的にロール軸またはヨー軸を構成することのできる第一の軸と、該第一の軸を回転軸心とする第一のプーリが備えられており、上腕部の途中には第一の軸に並行な第二の軸と、該第二の軸を回転軸心とする第二のプーリが備えられており、第一のプーリに固着された連絡部材と第二の軸が接続されており、第一のモータの回転または回動に応じて間接的に第一のプーリが回動することができ、第一のプーリの回動に応じて連絡部材を介して第二の軸が第一の軸まわりを回動することができ、第二のモータの回転または回動に応じて間接的に第二のプーリが第二の軸まわりを回動することができ、第三のモータの回転または回動に応じて第一の軸がピッチ軸まわりを回転または回動できるように構成されており、
前記第一のモータおよび前記第二のモータは前記胴体に固定されており、
前記肩関節はさらに、前記胴体と連結される第一の従動ローラおよび第二の従動ローラをさらに有しており、
前記第一のモータの駆動軸と前記第一の従動ローラにベルトが掛け渡されており、該第一の従動ローラと前記第一のプーリとがアイドルプーリを介してワイヤにて繋げられており、前記第一のモータの駆動が前記ベルトを介して前記第一の従動ローラに伝達され、伝達された第一のモータの駆動は前記ワイヤを介して前記第一のプーリに伝達されるようになっており、
前記第二のモータの駆動軸と前記第二の従動ローラにベルトが掛け渡されており、該第二の従動ローラと前記第二のプーリとがアイドルプーリを介してワイヤにて繋げられており、前記第二のモータの駆動が前記ベルトを介して前記第二の従動ローラに伝達され、伝達された第二のモータの駆動は前記ワイヤを介して前記第二のプーリに伝達されるようになっていることを特徴とするロボットアーム。
It consists of an upper arm, lower arm, and hand, and the torso and upper arm are connected by a shoulder joint, and the upper arm and lower arm are connected by an elbow joint, and the lower arm and In the robot arm that is connected to the hand part by the wrist joint, and the upper arm part can rotate or rotate around the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis constituting the shoulder joint,
The upper arm part is provided with a separate yaw axis that can rotate around the yaw axis in parallel with the yaw axis of the shoulder joint ,
The shoulder joint includes a first axis that can be selectively configured as a roll axis or a yaw axis by rotating or rotating around a pitch axis, and a first axis having the first axis as a rotation axis. A pulley is provided, and in the middle of the upper arm part, a second shaft parallel to the first shaft and a second pulley having the second shaft as a rotation axis are provided, The connecting member fixed to the pulley and the second shaft are connected, and the first pulley can rotate indirectly according to the rotation or rotation of the first motor. The second shaft can rotate around the first axis via the connecting member in response to the rotation, and the second pulley can be indirectly rotated in response to the rotation or rotation of the second motor. The first axis rotates or rotates around the pitch axis according to the rotation or rotation of the third motor. It is configured to be rotated,
The first motor and the second motor are fixed to the body;
The shoulder joint further includes a first driven roller and a second driven roller connected to the trunk.
A belt is stretched between the drive shaft of the first motor and the first driven roller, and the first driven roller and the first pulley are connected by a wire via an idle pulley. The driving of the first motor is transmitted to the first driven roller via the belt, and the transmitted driving of the first motor is transmitted to the first pulley via the wire. And
A belt is stretched over the drive shaft of the second motor and the second driven roller, and the second driven roller and the second pulley are connected by a wire via an idle pulley. The drive of the second motor is transmitted to the second driven roller via the belt, and the transmitted drive of the second motor is transmitted to the second pulley via the wire. robot arm which is characterized in that it is.
請求項1に記載のロボットアームを備えたことを特徴とする人間型ロボット。A humanoid robot comprising the robot arm according to claim 1.
JP2005122336A 2005-04-20 2005-04-20 Robot arm and humanoid robot Expired - Fee Related JP4333625B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005122336A JP4333625B2 (en) 2005-04-20 2005-04-20 Robot arm and humanoid robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005122336A JP4333625B2 (en) 2005-04-20 2005-04-20 Robot arm and humanoid robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006297537A JP2006297537A (en) 2006-11-02
JP4333625B2 true JP4333625B2 (en) 2009-09-16

Family

ID=37466233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005122336A Expired - Fee Related JP4333625B2 (en) 2005-04-20 2005-04-20 Robot arm and humanoid robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4333625B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101457147B1 (en) * 2008-05-14 2014-11-03 삼성전자 주식회사 Humanoid robot and shoulder joint assembly thereof
CN113712691B (en) * 2021-08-27 2022-10-18 苏州微创畅行机器人有限公司 Adjusting device, mechanical arm and dental implant surgery robot

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006297537A (en) 2006-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5976401B2 (en) Lower leg structure of legged robot and legged robot
US20080023974A1 (en) Joint apparatus and hand apparatus for robot using the same
US20110167945A1 (en) Robot joint driving apparatus, robot having the same and cable linkage method of robot joint driving apparatus
KR101190228B1 (en) Weight compensation mechanism and method using bevel gear and robot arm using the same
JP2009274202A (en) Humanoid robot and its shoulder joint assembly
KR20110026935A (en) Structure of robot joint and robot having the same
JP5872846B2 (en) Robot joint structure and humanoid robot incorporating this joint structure
US11897122B2 (en) Robot hand
WO2010101203A1 (en) Articulation unit for robot and robot
KR20100082225A (en) Robot joint driving apparatus and robot having the same
WO2004037499A1 (en) Joint structure of robot
WO2013179783A1 (en) Lower limb structure for legged robot, and legged robot
JP2010094749A (en) Articulated robot and robot system
KR20110139839A (en) Small jumping robot actuated by shape memory alloy
Lohmeier et al. Leg design for a humanoid walking robot
JP6936573B2 (en) Robot joint structure
US20040036438A1 (en) Articulated bending mechanism for legged mobile robot and the legged mobile robot
JP5681564B2 (en) robot
JP4442464B2 (en) Articulated arm mechanism
JP2005279856A (en) Robot
JP4333625B2 (en) Robot arm and humanoid robot
JP2007144559A (en) Multi-articulated robot
JP2006198703A (en) Arm driving device of human type robot
KR101649108B1 (en) A joint structure and a robot having the same
JP4289447B2 (en) Robot device and joint axis drive device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070829

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090324

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090430

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090602

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090615

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees