DE112020003037T5

DE112020003037T5 - Modulroboter

Info

Publication number: DE112020003037T5
Application number: DE112020003037.7T
Authority: DE
Inventors: Shunichi Sugimoto; Sang-Ho Hyon; Yasushi Saitou; Sadayuki Kamikura; Nobuyuki Kobayashi; Shinichi Nishizawa; Setsuko Uchida
Original assignee: Ritsumeikan Trust; KYB YS Co Ltd
Current assignee: KYB CORP., JP; THE RITSUMEIKAN TRUST, JP
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20220012880A; JPWO2020262700A1; US20220241959A1; JP7067728B2; CN114080303B; CN114080303A; WO2020262700A1; KR102411478B1

Abstract

Ein Modulroboter 100 ist durch Kopplung einer Vielzahl von Modulen 101 gebildet, wobei die Module 101 jeweils ein erstes Glied 1, ein zweites Glied 2, das mit dem ersten Glied 1 relativ beweglich verbunden ist, und einen Hydraulikzylinder 3, der so konfiguriert ist, dass er das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 relativ bewegt, aufweisen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modulroboter.
Stand der Technik
In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Robotern, wie z. B. Industrieroboter, Transportroboter, Assistenzroboter usw., entwickelt. Die JP2018-192607A offenbart einen Industrieroboter, der Austauscharbeiten von Kabeln durchführt. Die JP2017-40594A offenbart einen Transportroboter, der Pakete transportiert. Die JP2018-153542A offenbart einen Gangunterstützungsroboter, der die Gangübung eines Benutzers unterstützt.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Allgemeinen werden Roboter, wie die in den oben genannten Patentschriften beschriebenen Roboter, jeweils für bestimmte Anwendungen hergestellt und können nicht für andere Anwendungen verwendet werden.
Darüber hinaus kann der für bestimmte Anwendungen spezialisierte Roboter eine Struktur haben, die sich beim Zusammenbau als zu kompliziert erweist, und darüber hinaus kann der Roboter sperrig sein, so dass sein Transport schwierig ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Modulroboter zur Verfügung zu stellen, der sich an verschiedene Anwendungen anpassen lässt und der leicht zusammengebaut und transportiert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Modulroboter durch Kopplung einer Vielzahl von Modulen gebildet, wobei die Module jeweils ein erstes Element, ein zweites Element, das mit dem ersten Element relativ beweglich verbunden ist, und einen Fluiddruckzylinder, der so konfiguriert ist, dass er das erste Element und das zweite Element relativ bewegt, aufweisen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Moduls eines Modulroboters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm des Modulroboters.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Kopplung der Module zeigt.
4 ist ein Diagramm, das das Beispiel für die Kopplung der Module zeigt.
5 ist ein Diagramm, das das Beispiel für die Kopplung der Module zeigt.
6 ist eine Seitenansicht des Modulroboters, der durch Kopplung der Module einen Beinabschnitt bildet.
7 ist eine Querschnittansicht, die eine Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht eines Moduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
Ein Modulroboter 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
Der Modulroboter 100 (siehe 6) wird durch Kopplung einer Vielzahl von Modulen 101, wie in 1 gezeigt, gebildet.
Das Modul 101 wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Moduls 101.
Das Modul 101 hat ein erstes Glied 1, das als erstes Element dient, ein zweites Glied 2, das als zweites Element dient und mit dem ersten Glied 1 relativ beweglich verbunden ist, und einen Hydraulikzylinder 3, der als Fluiddruckzylinder dient, der das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 relativ zueinander bewegt.
Das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 sind über eine Welle 4 drehbar miteinander verbunden. Das Modul 101 weist ferner ein V-förmiges Glied 5 auf, das als drittes Glied dient, das das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 drehbar miteinander verbindet. Das V-förmige Glied 5 hat einen ersten Hebel 5a und einen zweiten Hebel 5b, die über eine Welle 6 miteinander drehbar verbunden sind. Der erste Hebel 5a ist über eine Welle 7 drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden, und der zweite Hebel 5b ist über eine Welle 8 drehbar mit dem zweiten Glied 2 verbunden.
Der Hydraulikzylinder 3 ist ein Aktuator, der durch Arbeitsöl (Arbeitsfluid), das von einer als Arbeitsfluidquelle dienenden Pumpe 10 zugeführt wird, ausgefahren/eingefahren wird (siehe 2). Der Hydraulikzylinder 3 hat ein Zylinderrohr 3a mit einer zylindrischen Form und eine Kolbenstange 3b, die frei verschiebbar in das Zylinderrohr 3a eingesetzt ist. Ein Endabschnitt des Zylinderrohrs 3a ist über eine Welle 9 frei drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden, und ein Endabschnitt der Kolbenstange 3b ist frei drehbar mit der Welle 6 des V-förmigen Glieds 5 verbunden. Dabei kann der Endabschnitt des Zylinderrohrs 3a frei drehbar mit der Welle 6 des V-förmigen Glieds 5 verbunden sein, und der Endabschnitt der Kolbenstange 3b kann über die Welle 9 frei drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden sein. Wie zuvor beschrieben, ist im Hydraulikzylinder 3 einer der Endabschnitte frei drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden.
Die Kolbenstange 3b ist mit einem Kolben verbunden, der frei verschiebbar in das Zylinderrohr 3a eingesetzt ist. Das Innere des Zylinderrohrs 3a ist durch den Kolben in eine stangenseitige Kammer und eine komplementäre stangenseitige Kammer unterteilt. Das Zylinderrohr 3a ist mit einer ersten Zufuhr-/Auslassöffnung 3c, die mit der stangenseitigen Kammer in Verbindung steht, und einer zweiten Zufuhr-/Auslassöffnung 3d, die mit der komplementären stangenseitigen Kammer in Verbindung steht, versehen.
Der Hydraulikzylinder 3 zieht sich zusammen, wenn das Arbeitsöl von der Pumpe 10 über die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c in die stangenseitige Kammer zugeführt wird und wenn das Arbeitsöl in der komplementären stangenseitigen Kammer über die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d in einen Behälter 15 (siehe 2) abgelassen wird. Andererseits wird der Hydraulikzylinder 3 ausgefahren, wenn das Arbeitsöl von der Pumpe 10 über die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d in die komplementäre stangenseitige Kammer zugeführt wird und wenn das Arbeitsöl in der stangenseitigen Kammer über die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c in den Tank 15 abgelassen wird. Beim Ausfahren/Einfahren des Hydraulikzylinders 3 wird ein Winkel des V-förmigen Glieds 5 (der durch den ersten Hebel 5a und den zweiten Hebel 5b gebildete Winkel) verändert, wodurch sich das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 relativ um die Welle 4 drehen. Wie zuvor beschrieben, können das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 durch den Antrieb des Hydraulikzylinders 3 relativ zueinander gedreht werden. Das Modul 101 hat einen einzigen Rotationsfreiheitsgrad um die Welle 4. Das erste Glied 1, das zweite Glied 2 und der Hydraulikzylinder 3 sind so miteinander verbunden, dass ein einziger Freiheitsgrad erreicht wird.
Durch Einstellen einer Länge des V-förmigen Glieds 5 (Längen des ersten Hebels 5a und des zweiten Hebels 5b) und der Befestigungspositionen des V-förmigen Glieds 5 (die Positionen der Wellen 7 und 8) in Bezug auf das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 werden der relative Drehwinkel und die relative Drehgeschwindigkeit des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 in Bezug auf die Hublänge und die Hubgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 3 jeweils eingestellt.
Wie in 1 gezeigt, sind die erste Zufuhr-/Auslassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Auslassöffnung 3d an beiden Enden des Zylinderrohrs 3a vorgesehen, da der Hydraulikzylinder 3 ein Einrohrzylinder ist. Anstelle dieser Konfiguration kann der Hydraulikzylinder 3 auch als Zweirohrzylinder ausgeführt sein. Da in diesem Fall die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d gemeinsam an einem Ende des Zylinderrohrs 3a angeordnet werden können, wird die Verlegung von Leitungen (nicht dargestellt), die jeweils mit der ersten Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und der zweiten Zufuhr-/Ablassöffnung 3d verbunden sind, einfacher. Selbst wenn der Hydraulikzylinder 3 ein Einrohrzylinder ist, ist es möglich, die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d an einer Stirnseite der Kolbenstange 3b anzuordnen, indem ein Paar von Ölkanälen gebildet wird, die jeweils mit der stangenseitigen Kammer und der komplementären stangenseitigen Kammer in der Kolbenstange 3b verbunden sind. Darüber hinaus ist es, selbst wenn der Hydraulikzylinder 3 ein Einrohrzylinder ist, durch Ausbilden des Ölkanals, der mit der stangenseitigen Kammer in einem Körperabschnitt des Zylinderrohrs 3a derart in Verbindung steht, dass er sich in der Längsrichtung erstreckt, möglich, die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d gemeinsam an der Seite des Endabschnitts des Zylinderrohrs 3a anzuordnen. In einem solchen Fall ist es durch die Verwendung eines dreidimensionalen Druckers zum Formen des Zylinderrohrs 3a möglich, den Ölkanal, der mit der stangenseitigen Kammer in dem Körperabschnitt des Zylinderrohrs 3a in Verbindung steht, leicht zu bilden.
Als nächstes wird eine Systemkonfiguration des Modulroboters 100 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm des Modulroboters.
Zusätzlich zu dem Modul 101 umfasst der Modulroboter 100: die Pumpe 10, die dem Hydraulikzylinder 3 das Arbeitsöl zuführt; ein Servoventil 11, das als Steuerventil zum Steuern der Zufuhr und des Ablassens des Arbeitsöls zwischen der Pumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 3 dient; einen Sensor 12, der als Zustandsgrößendetektor zum Erfassen einer Zustandsgröße des Moduls 101 dient; und eine Steuerung 13, die die Bewegung des Moduls 101 durch Steuern des Betriebs des Servoventils 11 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Sensors 12 steuert.
Das Servoventil 11 ist für jeden Hydraulikzylinder3 des jeweiligen Moduls 101 vorgesehen. Mit anderen Worten, die jeweiligen Hydraulikzylinder 3 der Module 101 werden unabhängig voneinander durch die Servoventile 11 gesteuert, die in entsprechender Weise vorgesehen sind. Indem das Servoventil 11 so angeordnet ist, dass es mit dem ersten Glied 1 verbunden ist, kann das Servoventil 11 zusammen mit dem ersten Glied 1, dem zweiten Glied 2 und dem Hydraulikzylinder 3 modularisiert werden. Mit anderen Worten, das Servoventil 11 kann als ein Bestandteil des Moduls 101 konfiguriert werden. Durch die Verwendung einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Länge der Rohre zur Verbindung des Servoventils 11 mit der ersten Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und der zweiten Zufuhr-/Ablassöffnung 3d des Hydraulikzylinders 3 zu reduzieren.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Modul 101: als Sensor 12 einen Encoder 12a, der den relativen Drehwinkel zwischen dem ersten Glied 1 und dem zweiten Glied 2 als Zustandsgröße des Moduls 101 erfasst; und einen Drucksensor 12b, der einen Druck des Hydraulikzylinders 3 als Zustandsgröße des Moduls 101 erfasst. Der Encoder 12a und der Drucksensor 12b sind jeweils als ein Bestandteil des Moduls 101 ausgebildet.
Der Encoder 12a ist an der Welle 4 angebracht und erfasst die relative Drehung zwischen dem ersten Glied 1 und dem zweiten Glied 2. Das Erfassungsergebnis des Encoders 12a wird für eine Positionssteuerung des Moduls 101 verwendet. Anstelle des Encoders 12a kann ein Hubsensor zur Erfassung eines Hubbetrags am Hydraulikzylinder 3 vorgesehen werden, und der relative Drehwinkel zwischen dem ersten Glied 1 und dem zweiten Glied 2 kann auf der Grundlage des Hubbetrags des Hydraulikzylinders 3 berechnet werden.
Die Drucksensoren 12b sind jeweils an der ersten Zufuhr-/Auslassöffnung 3c und der zweiten Zufuhr-/Auslassöffnung 3d des Zylinderrohrs 3a vorgesehen und erfassen die Drücke in der stangenseitigen Kammer und der komplementären stangenseitigen Kammer im Zylinderrohr 3a. Die Erfassungsergebnisse der Drucksensoren 12b werden für eine Laststeuerung des Moduls 101 verwendet. Anstelle der Drucksensoren 12b kann auch ein Lastsensor zur Erfassung der auf den Hydraulikzylinder 3 wirkenden Last als Zustandsgröße des Moduls 101 am Hydraulikzylinder 3 vorgesehen werden.
Die vom Sensor 12 zu erfassende Zustandsgröße des Moduls 101 kann neben dem relativen Drehwinkel zwischen dem ersten Glied 1 und dem zweiten Glied 2, dem Druck des Hydraulikzylinders 3 und der auf den Hydraulikzylinder 3 wirkenden Last, wie zuvor beschrieben, auch eine Hubgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 3, eine Durchflussmenge des dem Hydraulikzylinder 3 zuzuführenden Arbeitsöls und so weiter umfassen. Wenn die Hubgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 3 erfasst werden soll, kann der Hubsensor als Sensor 12 am Hydraulikzylinder 3 vorgesehen werden. Und wenn die Durchflussmenge des dem Hydraulikzylinder 3 zugeführten Arbeitsöls erfasst werden soll, können Durchflussmengensensoren wie der Sensor 12 an der ersten Zufuhr-/Ablassöffnung 3c bzw. der zweiten Zufuhr-/Ablassöffnung 3d vorgesehen werden. Die von dem Sensor 12 zu erfassende Zustandsgröße des Moduls 101 kann entsprechend einer Bewegungssteuerung des Moduls 101 ausgewählt werden.
Die Steuerung 13 berechnet die Abweichung zwischen einem von einer Ausgabevorrichtung 14 ausgegebenen Befehlssignal und einem Rückkopplungssignal vom Sensor 12 und steuert das Servoventil 11 so, dass die Abweichung Null wird. Wie zuvor beschrieben, führt die Steuerung 13 eine Rückkopplungsregelung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Sensors 12 durch. Die Ausgabevorrichtung 14 ist mit der Steuerung 13 drahtgebunden oder drahtlos verbunden, und die Steuerung 13 ist mit dem Servoventil 11 drahtgebunden oder drahtlos verbunden.
Die Steuerung 13 kann für jedes Servoventil 11 vorgesehen sein, oder es kann eine einzige die Steuerung 13 eine Vielzahl von Servoventilen 11 steuern. Außerdem kann ein einziges Hauptsteuergerät vorgesehen sein, und für jedes Servoventil 11 können Untersteuergeräte vorgesehen sein, die jeweils das Servoventil 11 in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal des Hauptsteuergeräts steuern. In einem Fall, in dem die Steuerung 13 für jedes Servoventil 11 vorgesehen ist, kann die Steuerung 13 zusammen mit dem ersten Glied 1, dem zweiten Glied 2 und dem Hydraulikzylinder 3 modularisiert werden, indem die Steuerung 13 so vorgesehen wird, dass sie mit dem Servoventil 11 oder dem ersten Glied 1 verbunden wird. Mit anderen Worten kann die Steuerung 13 als Bestandteil des Moduls 101 ausgebildet werden.
Das Befehlssignal, das von der Ausgabevorrichtung 14 ausgegeben wird, ist eine Information, die die Bewegung des Moduls 101 definiert. Das Befehlssignal, das von der Ausgabevorrichtung 14 ausgegeben wird, ist die Information, die direkt in die Ausgabevorrichtung 14 eingegeben wird, die Information, die über eine Übertragungsschaltung an die Ausgabevorrichtung 14 übertragen wird, die Information, die aus einem Speichermedium ausgelesen wird, und so weiter.
Nachfolgend werden die Konfigurationen des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 sowie die Kopplung der Module 101 unter Bezugnahme auf die 1 und 3 bis 5 beschrieben.
Das erste Glied 1 hat die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds mit zwei von sechs geöffneten Seiten. Das erste Glied 1 hat vier Flächen, d.h. eine Bodenplatte 1a, die sich entlang der Längsrichtung des Hydraulikzylinders 3 erstreckt, ein Paar Seitenplatten 1b und 1c, die so geformt sind, dass sie senkrecht zu der Bodenplatte 1a stehen und einander zugewandt sind, so dass der Hydraulikzylinder 3 dazwischen angeordnet ist, und eine Rückplatte 1d, die senkrecht zu der Bodenplatte 1a und den Seitenplatten 1b und 1c steht und einem unteren Abschnitt des Hydraulikzylinders 3 zugewandt ist.
Die Wellen 4, 7 und 9 sind an den beiden Seitenplatten 1b und 1c des ersten Glieds 1 so angebracht, dass sie die beiden Seitenplatten 1b und 1c überbrücken. In der Bodenplatte 1a und den beiden Seitenplatten 1b und 1c sind mehrere Löcher 20 mit großem Durchmesser ausgebildet, um das Gewicht zu verringern.
Das erste Glied 1 hat einen Innenraum, der von der Bodenplatte 1a, den beiden Seitenplatten 1b und 1c und der Rückenplatte 1d umgeben ist. Da ein Teil des Hydraulikzylinders 3 im Innenraum des ersten Glieds 1 aufgenommen ist, dient das erste Glied 1 auch als Gehäuse für den Hydraulikzylinder 3. Die Steuerung 13 kann ebenfalls im Innenraum des ersten Glieds 1 untergebracht werden.
Im Innenraum des ersten Glieds 1 ist die der Bodenplatte 1a gegenüberliegende Seite geöffnet. Wenn der Hydraulikzylinder 3 aus- bzw. eingefahren wird, bewegt sich der Hydraulikzylinder 3 durch die offene Fläche in das erste Glied 1 hinein und aus ihm heraus. Insbesondere erfährt der Hydraulikzylinder 3 beim Ausfahren/Einfahren eine Schwenkbewegung um die Welle 9 in der Richtung, in der der Hydraulikzylinder 3 in dem ersten Glied 1 aufgenommen wird, oder in der Richtung, in der der Hydraulikzylinder 3 aus dem ersten Glied 1 herausgeführt wird.
Ein Teil der Rohre zur Verbindung der ersten Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und der zweiten Zufuhr-/Ablassöffnung 3d des Hydraulikzylinders 3 mit dem Servoventil 11 ist im Innenraum des ersten Glieds 1 untergebracht. Der Hydraulikzylinder 3 ist so am ersten Glied 1 befestigt, dass die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d zur Bodenplatte 1a hin ausgerichtet sind. Daher können die an die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c und die zweite Zufuhr-/Ablassöffnung 3d angeschlossenen Leitungen problemlos im Innenraum des ersten Glieds 1 untergebracht werden. Die Rohre werden von der Innenseite des Innenraums des ersten Glieds 1 durch die Löcher 20 nach außen geführt. Wie zuvor beschrieben, haben die im ersten Glied 1 ausgebildeten Löcher 20 zur Gewichtsreduzierung einen größeren Durchmesser als die Rohre, so dass die Löcher 20 auch zur Führung der Rohre verwendet werden.
Das zweite Glied 2 hat eine Bodenplatte 2a und ein Paar von Seitenplatten 2b und 2c, die so geformt sind, dass sie senkrecht zur Bodenplatte 2a stehen und einander zugewandt sind. Die Wellen 4 und 8 sind auf dem Paar der Seitenplatten 2b und 2c vorgesehen, so dass sie die beiden Seitenplatten 2b und 2c überbrücken.
Obwohl das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 aus Metall bestehen, können sie auch aus einem Harz hergestellt werden, wenn für eine Anwendung des Moduls 101 keine Steifigkeit erforderlich ist.
Endabschnitte des Paars von Seitenplatten 2b und 2c des zweiten Glieds 2 werden zwischen Endabschnitte des Paars von Seitenplatten 1b und 1c des ersten Glieds 1 eingefügt, so dass das Paar von Seitenplatten 2b und 2c und das Paar von Seitenplatten 1b und 1c relativ um die Welle 4 in einer solchen Weise gedreht werden können, dass sie in Gleitkontakt miteinander gebracht werden. In diesem Fall können die Endabschnitte des Paars von Seitenplatten 1b und 1c des ersten Glieds 1 zwischen die Endabschnitte des Paars von Seitenplatten 2b und 2c des zweiten Glieds 2 eingefügt werden.
Die Bodenplatte 1a, die Seitenplatten 1b und 1c und die Rückenplatte 1d des ersten Glieds 1 sind mit einer Vielzahl von Verbindungslöchern 21 versehen, in die Verbindungsmittel zur Kopplung der Module 101 eingesetzt werden. In ähnlicher Weise ist auch die Bodenplatte 2a des zweiten Glieds 2 mit einer Vielzahl von Verbindungslöchern 21 versehen, in die die Verbindungsmittel zum Verbinden der Module 101 eingesetzt werden sollen. Die Vielzahl der Verbindungslöcher 21 sind in gleichen Abständen zueinander ausgebildet. Das Verbindungswerkzeug ist zum Beispiel ein Bolzen. Die Verbindungslöcher 21 und die Löcher 20 zur Gewichtsreduzierung können den gleichen Durchmesser haben, so dass die Verbindungslöcher 21 und die Löcher 20 gemeinsam genutzt werden. Die Vielzahl der Verbindungslöcher 21 muss nicht in gleichen Abständen zueinander ausgebildet sein.
In einem Fall, in dem zwei Module 101 miteinander gekoppelt sind, wie in 3 bis 5 gezeigt, wird eine der Bodenplatte 1a, der Seitenplatten 1b und 1c und der Rückenplatte 1d des ersten Glieds 1 und der Bodenplatte 2a des zweiten Glieds 2 eines ersten Moduls 101A als Verbindungsplatte 31A verwendet, und gleichzeitig wird eine der Bodenplatte 1a, der Seitenplatten 1b und 1c und der Rückenplatte 1d des ersten Glieds 1 und der Bodenplatte 2a des zweiten Glieds 2 eines zweiten Moduls 101B als Verbindungsplatte 31B verwendet, und dann wird das Verbindungswerkzeug so eingesetzt, dass es die Verbindungslöcher 21 der Verbindungsplatte 31A und die Verbindungslöcher 21 der Verbindungsplatte 31B in einem Zustand überbrückt, in dem die Verbindungsplatte 31A und die Verbindungsplatte 31B in Oberflächenkontakt miteinander gebracht werden, wodurch die Verbindungsplatte 31A mit der Verbindungsplatte 31B verbunden wird. Da die Vielzahl von Verbindungslöchern 21, die in dem ersten Glied 1 und dem zweiten Glied 2 ausgebildet sind, in gleichen Abständen voneinander ausgebildet sind, ist es möglich, die Verbindungsplatte 31A und die Verbindungsplatte 31B einfach zu verbinden. Wie zuvor beschrieben, werden die beiden Module 101A und 101B gekoppelt, indem das erste Glied 1 oder das zweite Glied 2 des Moduls 101A mit dem ersten Glied 1 oder dem zweiten Glied 2 des Moduls 101B verbunden wird.
Beispiele für die Kopplung der beiden Module 101A und 101B, die den Modulroboter 100 bilden, werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben. In 3 und 5 wird ein Fall beschrieben, in dem das Modul 101A und das Modul 101B, die identisch zueinander sind, gekoppelt sind. In dieser Beschreibung bedeutet „identische Module“, dass die Komponenten, die die Module konfigurieren, gleich sind und dass die Formen und Abmessungen der Komponenten gleich sind. Mit anderen Worten, die identischen Module können auch als identisch genormte Gegenstände bezeichnet werden.
3 zeigt ein Beispiel für eine Rückseiten-Kopplung, bei der die Rückseiten des Moduls 101A und des Moduls 101B miteinander gekoppelt werden, indem sowohl die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A als auch die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B an den Bodenplatten 1a der ersten Glieder 1 angebracht werden. Da die Vielzahl von Verbindungslöchern 21 in den Bodenplatten 1a des Moduls 101A und des Moduls 101B in gleichen Abständen ausgebildet sind, ist es auch möglich, das Modul 101A und das Modul 101B zu koppeln, indem die relativen Positionen des Moduls 101A und des Moduls 101B gegenüber dem in 3 dargestellten Zustand geändert werden.
4 zeigt ein Beispiel für eine Reihenschaltung, bei der das Modul 101A und das Modul 101B in Reihe geschaltet werden, indem die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A an der Bodenplatte 2a des zweiten Glieds 2 und die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B an der Bodenplatte 1a des ersten Glieds 1 angebracht wird. Als weiteres Beispiel für die Reihenkopplung können das Modul 101A und das Modul 101B gekoppelt werden, indem die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A an die Bodenplatte 2a des zweiten Glieds 2 und die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B an die Rückplatte 1d des ersten Glieds 1 gesetzt wird. Darüber hinaus können das Modul 101A und das Modul 101B auch gekoppelt werden, indem sowohl die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A als auch die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B an den hinteren Platten 1d der ersten Glieder 1 angebracht werden.
5 zeigt ein Beispiel für eine gedrehte Kopplung, bei der das Modul 101A und das Modul 101B durch Drehen um 90 Grad gekoppelt werden, indem sowohl die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A als auch die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B an den unteren Platten 2a der zweiten Glieder 2 angebracht werden.
In den Beispielen in 3 und 4, weil das Modul 101A und das Modul 101B die Bewegung innerhalb der gleichen Ebene, erfährt der Modulroboter 100 insgesamt eine zweidimensionale Bewegung. Andererseits, wie in 5 gezeigt, erfährt der Modulroboter 100 durch Verbinden des Moduls 101A und des Moduls 101B in der gedrehten Kopplung insgesamt eine dreidimensionale Bewegung.
3 bis 5 zeigen die Kopplungsbeispiele der Module 101A und 101B, und das Modul 101A und das Modul 101B sind entsprechend einer gewünschten Bewegung des Modulroboters 100 frei gekoppelt. Obwohl die 3 bis 5 die Beispiele zeigen, in denen das Modul 101A und das Modul 101B in Reihe gekoppelt sind, ist es auch möglich, das Modul 101A und das Modul 101B parallel zu koppeln, indem die Seitenplatte 1b des ersten Glieds 1 des Moduls 101A und die Seitenplatte 1c des ersten Glieds 1 des Moduls 101B verbunden werden. Durch die synchrone Steuerung der jeweiligen Hydraulikzylinder 3 nach der Parallelschaltung mehrerer Module 101 ist es möglich, die Ausgangsleistung des Modulroboters zu erhöhen. Bei der Parallelschaltung können die Wellen 4, 6, 7, 8 und 9 gemeinsam genutzt werden, und die mehreren Hydraulikzylinder 3 können durch ein einziges Servoventil 11 gesteuert werden, indem das Servoventil 11 gemeinsam genutzt wird.
Wenn das erste Glied 1 oder das zweite Glied 2 des Moduls 101A und das erste Glied 1 oder das zweite Glied 2 des Moduls 101B verbunden sind, ist es möglich, die Anzahl der für die Verbindung zu verwendenden Schrauben zu reduzieren, indem die beiden Glieder unter Verwendung einer Eingriffsstruktur verbunden werden. Darüber hinaus können die beiden Glieder durch Verwendung eines Elektromagneten oder einer hydraulischen Klemme ohne Verwendung von Schrauben verbunden werden. Darüber hinaus können Stifte entweder auf der Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A oder der Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B vorgesehen werden, und Löcher, in die die Stifte eingeführt werden, können in der jeweils anderen Verbindungsplatte 31A oder 31B ausgebildet werden. Da es möglich ist, die relativen Positionen des Moduls 101A und des Moduls 101B über die Stifte einzustellen, bevor das Modul 101A und das Modul 101B durch die Bolzen verbunden werden, wird die Verbindungsarbeit des Moduls 101A und des Moduls 101B einfacher.
Als nächstes wird ein Beispiel für den Modulroboter 100 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Der in 6 gezeigte Modulroboter 100 zeigt das Beispiel, in dem ein Beinabschnittroboter durch Kopplung von drei identischen Modulen 101A, 101B und 101C so konfiguriert ist, dass sie einem Knöchelgelenk, einem Kniegelenk bzw. einem Hüftgelenk entsprechen. Insbesondere entsprechen die Drehwellen 4 der Module 101A, 101B und 101C jeweils dem Fußgelenk, dem Kniegelenk und dem Hüftgelenk. Wie zuvor beschrieben, konfiguriert jedes Modul 101 ein einzelnes Gelenkmodul, und der Modulroboter 100 hat drei Freiheitsgrade.
Das Modul 101A und das Modul 101B sind durch die in 4 gezeigte Reihenschaltung gekoppelt, und das Modul 101B und das Modul 101C sind durch die in 3 gezeigte Rückseitenschaltung gekoppelt. Ein Fußabschnitt 31 als eine einem Fuß entsprechende Befestigung ist an dem zweiten Glied 2 des Moduls 101A angebracht.
Auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse von den Encodern 12a, die jeweils auf den Wellen 4 vorgesehen sind, steuern die jeweiligen Steuerungen 13 der Module 101A, 101B und 101C jeweils die Bewegungen der Module 101A, 101B und 101C, indem sie die jeweiligen Hydraulikzylinders ausfahren/einfahren, so dass die relativen Drehwinkel zwischen den ersten Gliedern 1 und den zweiten Gliedern 2 zu gewünschten Winkeln werden. Da die Bewegung jedes der Module 101A, 101B und 101C unabhängig gesteuert wird, wird eine Haltung des Modulroboters 100 gesteuert.
Darüber hinaus steuern die jeweiligen Steuerungen 13 der Module 101A, 101B und 101C jeweils das Drehmoment für die Gelenke auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse der an den Hydraulikzylindern 3 vorgesehenen Drucksensoren 12b. Beispielsweise führen die Steuerungen 13 eine Schwerkraftkompensationssteuerung durch, die die jeweiligen Hydraulikzylinder 3 so steuert, dass das Eigengewicht des Modulroboters 100 aufgehoben wird.
Der Modulroboter 100 wird als autonomer Laufroboter oder als Roboter, der den Gang und die Haltung eines Benutzers unterstützt, indem er vom Benutzer getragen wird, eingesetzt.
Der Modulroboter 100 ist nicht auf den in 6 dargestellten Beinabschnittroboter beschränkt. Der Modulroboter 100 mit anderen Anwendungen und Funktionen kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass anstelle des Fußabschnitts 31 ein Eimer oder eine Stange als Befestigung an dem zweiten Glied 2 des Moduls 101A angebracht wird. Darüber hinaus ist es möglich, einen humanoiden Roboter zu konfigurieren, indem die Vielzahl von Modulen 101 zusätzlich zu dem in 6 dargestellten Beinabschnittroboter gekoppelt wird. Wie zuvor beschrieben, ist es möglich, verschiedene Roboter in Übereinstimmung mit den Anwendungen und Funktionen auf einfache Weise zu bilden, indem nur die Kopplung der Vielzahl von Modulen 101.
Gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform werden die folgenden Vorgänge und Wirkungen erzielt.
Es ist möglich, den Modulroboter 100, der sich an eine Vielzahl von Anwendungen anpassen kann, einfach zu konfigurieren, indem die Vielzahl von Modulen 101 verbunden werden, die jeweils das erste Glied 1, das zweite Glied 2 und den Hydraulikzylinder 3 umfassen. Da der Modulroboter 100 nur durch Kopplung der mehreren Module 101 konfiguriert werden kann, ist es außerdem einfach, den Modulroboter 100 zusammenzubauen, und wenn der Modulroboter 100 transportiert werden soll, genügt es, den Modulroboter 100 in die jeweiligen Module 101 zu unterteilen. Die Montage und der Transport des Modulroboters 100 lassen sich daher einfach durchführen. Auf diese Weise ist es möglich, den Modulroboter 100 so zu konfigurieren, dass er sich an eine Vielzahl von Anwendungen anpassen kann und sich leicht zusammenbauen und transportieren lässt.
Da die Antriebsquelle des Moduls 101 ein hydraulischer Druck ist, ist die Ausgangsleistung des Moduls 101 im Verhältnis zum Modulgewicht hoch, verglichen mit einem Fall, in dem die Antriebsquelle ein Elektromotor ist. Somit ist es selbst in einem Fall, in dem die Anwendung des Modulroboters 100 eine hohe Ausgangsleistung erfordert, möglich, die Zunahme der Größe zu verhindern. Da das Ausfahren und Einfahren des Hydraulikzylinders 3 durch das Servoventil 11 gesteuert wird, ist es außerdem möglich, die Bewegung des Moduls 101 mit einer hohen Genauigkeit zu steuern.
Im Folgenden werden Modifikationen der oben genannten Ausführungsform beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Änderungen fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung. Es kann möglich sein, die folgenden Modifikationen mit den jeweiligen Konfigurationen in der oben erwähnten Ausführungsform zu kombinieren, und es kann auch möglich sein, die folgenden Modifikationen miteinander zu kombinieren.

(1) In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, in der das Modul 101 einen einzigen Freiheitsgrad (ein einziges Gelenk) hat. Anstelle dieser Konfiguration kann das Modul auch eine Konfiguration mit mehreren Freiheitsgraden aufweisen. Wenn mehrere Freiheitsgrade erreicht werden sollen, genügt es, die Anzahl der Gelenke bzw. Glieder zu erhöhen oder den Hydraulikzylinder in einen Doppelstabzylinder umzuwandeln.
(2) In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde die Konfiguration beschrieben, in der das Modul 101 den Rotationsfreiheitsgrad aufweist. Anstelle dieser Konfiguration kann das Modul auch eine Konfiguration mit einem translatorischen Freiheitsgrad aufweisen. In diesem Fall ist der Hydraulikzylinder 3 zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element angeordnet, die parallel zueinander verschiebbar sind.
(3) In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der die identischen Module 101 miteinander gekoppelt sind. Anstelle dieser Konfiguration können die zu koppelnden Module auch nicht identisch sein (nicht der gleichen Norm entsprechen). Beispielsweise können die Module mit dem ersten Glied und dem zweiten Glied mit unterschiedlichen Formen und Abmessungen gekoppelt werden, oder die Module mit den Hydraulikzylindern mit unterschiedlichen Hublängen können miteinander gekoppelt werden. Mit anderen Worten, die Module können in Übereinstimmung mit der gewünschten Bewegung des Modulroboters und den Anwendungen und Funktionen des Modulroboters frei gekoppelt werden, indem eine Vielzahl von Modulen mit unterschiedlichen Standards vorbereitet wird. Es ist jedoch möglich, den Modulroboter mit geringeren Kosten herzustellen, indem der Modulroboter durch Kopplung einer Vielzahl von Modulen mit demselben Standard konfiguriert wird.
(4) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 des Moduls 101 eine Vielzahl von Platten aufweisen, und wie in den 3 bis 5 gezeigt, sind die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A und die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B miteinander verbunden, indem sie in Oberflächenkontakt gebracht werden. Anstelle dieser Konfiguration, wie in 7 gezeigt, können das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 des Moduls 101 eine zylindrische Form haben, wobei ein Teil davon geöffnet ist. 7 zeigt ein Beispiel, in dem das Modul 101A und das Modul 101B gekoppelt sind, indem sie so angeordnet sind, dass die Rückseiten der ersten Glieder 1 einander gegenüberliegen. Um das Modul 101A und das Modul 101B zu koppeln, ist in dieser Konfiguration ein Abstandshalter 40 zwischen dem ersten Glied 1 des Moduls 101A und dem ersten Glied 1 des Moduls 101B angeordnet, und Abstandshalter 41 und 42 sind jeweils innerhalb der ersten Glieder 1 des Moduls 101A und des Moduls 101B vorgesehen. Der Abstandshalter 40 hat gekrümmte Abschnitte 40a und 40b, die jeweils mit einer Außenumfangsfläche des ersten Glieds 1 des Moduls 101A und einer Außenumfangsfläche des ersten Glieds 1 des Moduls 101B in Kontakt kommen. Der Abstandshalter 41 hat einen gekrümmten Abschnitt 41a, der in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des ersten Glieds 1 des Moduls 101A kommt, und der Abstandshalter 42 hat einen gekrümmten Abschnitt 41b, der in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des ersten Glieds 1 des Moduls 101B kommt. Schrauben 43 sind so befestigt, dass sie den Abstandshalter 41, das erste Glied 1 des Moduls 101A und den Abstandshalter 40 überspannen, und Schrauben 44 sind so befestigt, dass sie den Abstandshalter 42, das erste Glied 1 des Moduls 101B und den Abstandshalter 40 überspannen, wodurch das Modul 101A und das Modul 101B miteinander verbunden werden. Wie zuvor beschrieben, kann die Form des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 zylindrisch sein. Darüber hinaus kann die Form des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 eine kugelförmige Form oder eine Form sein, die durch Kombination der zylindrischen Form und der kugelförmigen Form gebildet wird.
(5) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde die Konfiguration beschrieben, bei der die Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A und die Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B miteinander verbunden sind, indem sie in Oberflächenkontakt miteinander gebracht werden. Anstelle dieser Konfiguration kann ein Abstandshalter zwischen der Verbindungsplatte 31A des Moduls 101A und der Verbindungsplatte 31B des Moduls 101B eingefügt werden, und das Modul 101A und das Modul 101B können über den Abstandshalter gekoppelt werden. Durch die Zwischenschaltung des Abstandshalters ist es möglich, einen Spalt zwischen dem Modul 101A und dem Modul 101B zu bilden.
(6) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, in der das Modul 101A und das Modul 101B so gekoppelt sind, dass eine Relativbewegung zwischen ihnen nicht zulässig ist. Anstelle dieser Konfiguration können das Modul 101A und das Modul 101B so gekoppelt werden, dass die Relativbewegung erlaubt ist. Beispielsweise können das Modul 101A und das Modul 101B über einen Stift so gekoppelt werden, dass sie miteinander drehbar oder schwenkbar sind oder dass sie miteinander um den Stift drehbar und schwenkbar sind. In einem solchen Fall eine Antriebskraftquelle zum gegenseitigen Drehen und/oder Schwenken des Moduls 101A und des Moduls 101B bereitgestellt werden.
(7) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde die Konfiguration beschrieben, in der das Modul 101 das V-förmige Glied 5 aufweist, das das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 frei drehbar verbindet. Das V-förmige Glied 5 ist kein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Der Hydraulikzylinder 3 kann so vorgesehen sein, dass er direkt über das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 verbunden ist. Jedoch in der oben genannten Ausführungsform, in der das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 durch das V-förmige Glied 5 verbunden sind, ist die Drehwelle 4 des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 zwischen den Drehwellen 7 und 8 des V-förmigen Glieds 5 positioniert und der Winkel des V-förmigen Glieds 5 wird zusammen mit der relativen Drehung des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 geändert, und daher ist es möglich, die Hublänge des Hydraulikzylinders 3 kürzer auszubilden, und wiederum ist es möglich, den Hydraulikzylinder 3 kompakt auszubilden.
(8) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der das Steuerventil zur Steuerung der Zufuhr und des Abflusses des Arbeitsöls zwischen der Pumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 3 das Servoventil 11 ist. Das Steuerventil ist nicht auf das Servoventil 11 beschränkt, es kann auch ein Steuerventil vom Typ eines elektromagnetisch gesteuerten Vorsteuerventils usw. sein. Darüber hinaus kann die Zu- und Abführung des Arbeitsöls zum und vom Hydraulikzylinder 3 durch die Pumpe 10 auch ohne das Steuerventil (das Servoventil 11) gesteuert werden. In diesem Fall kann die Drehzahl der Pumpe oder die Leistung der Pumpe gesteuert werden.
(9) In der oben erwähnten Ausführungsform ist die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c, die mit der stangenseitigen Kammer des Hydraulikzylinders 3 in Verbindung steht, am Außenumfang des Zylinderrohrs 3a vorgesehen, wie in 1 gezeigt. Anstelle dieser Konfiguration kann die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c so konfiguriert werden, dass sie mit dem in der Drehwelle 9 ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht, indem die erste Zufuhr-/Ablassöffnung 3c an einem unteren Abschnitt des Zylinderrohrs 3a vorgesehen wird. Durch die Verwendung einer solchen Konfiguration kann, da es ausreicht, einen Öffnungsabschnitt des Ölkanals, der an einer Endfläche der Drehwelle 9 ausgebildet ist, mit dem Servoventil 11 durch ein Rohr zu verbinden, kann das Rohr leicht verlegt werden. In einem solchen Fall ist es durch die Verwendung des dreidimensionalen Druckers zum Formen des Zylinderrohrs 3a möglich, die ersten Zufuhr-/Ablassöffnung 3c auf dem unteren Abschnitt des Zylinderrohrs 3a leicht zu bilden.
(10) In der oben erwähnten Ausführungsform wurde die Konfiguration beschrieben, bei der der Fluiddruckzylinder der Hydraulikzylinder 3 ist, der das Arbeitsöl als Arbeitsfluid verwendet; anstelle des Arbeitsöls können jedoch auch andere Fluide wie Arbeitswasser usw. als Arbeitsfluid verwendet werden.

<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist eine schematische Ansicht eines Moduls 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben, und die Konfigurationen, die die gleichen Funktionen wie die in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen versehen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
Bei dem Modul 101 gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ist einer der Endabschnitte des Hydraulikzylinders 3 drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden. Im Gegensatz dazu ist bei dem Modul 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der Hydraulikzylinder 3 in das erste Glied 1 eingebaut und nicht drehbar mit dem ersten Glied 1 verbunden. Eine ausführliche Beschreibung wird im Folgenden gegeben.
In dem Modul 102 ist das Zylinderrohr 3a drehfest mit dem ersten Glied 1 verbunden. Mit anderen Worten, das Zylinderrohr 3a ist fest mit dem ersten Glied 1 verbunden, so dass es sich nicht relativ zum ersten Glied 1 bewegen kann.
Der Endabschnitt der Kolbenstange 3b ist über eine Kurbel 51 mit dem als drittes Glied dienenden V-förmigen Glied 5 verbunden. Die Kurbel 51 ist an ihrem ersten Endabschnitt über eine Welle 52 drehbar mit dem Endabschnitt der Kolbenstange 3b verbunden, und ein zweiter Endabschnitt der Kurbel 51 ist drehbar mit der Welle 6 des V-förmigen Glieds 5 verbunden. Das erste Glied 1 ist mit einer Linearführung 50 versehen, die sich in axialer Richtung der Kolbenstange 3b erstreckt, und die Kolbenstange 3b wird entlang der Linearführung 50 bewegt.
Wenn der Hydraulikzylinder 3 ausgefahren/eingefahren wird, werden der zwischen der Kolbenstange 3b und der Kurbel 51 gebildete Winkel und der Winkel des V-förmigen Glieds 5 verändert, und das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 werden relativ zueinander um die Welle 4 gedreht. Wie zuvor beschrieben, ist es durch den Antrieb des Hydraulikzylinders 3 möglich, das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 relativ zueinander zu drehen.
Durch die Einstellung der Länge der Kurbel 51 kann das Drehmoment des ersten Glieds 1 und des zweiten Glieds 2 eingestellt werden.
In dem Modul 101 gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform bewegt sich der Hydraulikzylinder 3 in das erste Glied 1 hinein und aus diesem heraus, wenn der Hydraulikzylinder 3 ausgefahren/eingefahren wird. Im Gegensatz dazu bewegt sich der Hydraulikzylinder 3 bei dem Modul 102 nicht in das erste Glied 1 hinein und aus diesem heraus, wenn der Hydraulikzylinder 3 aus- und eingefahren wird, da der Hydraulikzylinder 3 in das erste Glied 1 eingebaut ist, so dass er nicht drehbar ist. Somit ist es möglich, das Modul 102 kompakt zu gestalten.
Das Modul 102 umfasst: das Servoventil 11, das als Steuerventil dient, das die Zufuhr und den Abfluss des Arbeitsöls zwischen der Pumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 3 steuert; den Sensor 12, der als Zustandsgrößendetektor dient, der die Zustandsgröße des Moduls 101 erfasst; und die Steuerung 13, die die Bewegung des Moduls 102 steuert, indem sie den Betrieb des Servoventils 11 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Sensors 12 steuert. Das Servoventil 11, der Sensor 12 und die Steuerung 13 sind jeweils als eine Komponente des Moduls 102 ausgebildet.
Das Servoventil 11 ist an jedem Modul 102 vorgesehen und steuert unabhängig den Hydraulikzylinder 3. In dieser Ausführungsform hat das Modul 102 als Sensor 12: die Drucksensoren 12b, die den Druck des Hydraulikzylinders 3 (den Druck in der stangenseitigen Kammer und der komplementären stangenseitigen Kammer im Zylinderrohr 3a) als Zustandsgröße des Moduls 101 erfassen; und einen linearen Encoder 12c, der eine Verschiebung der Kolbenstange 3b erfasst.
Da das Zylinderrohr 3a im Modul 102 fest mit dem ersten Glied 1 verbunden ist, so dass es sich nicht relativ bewegen kann, können das Servoventil 11, die Drucksensoren 12b, der lineare Encoder 12c und die Steuerung 13 in das erste Glied 1 eingebaut werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Modul 102 so zu gestalten, dass es kompakt ist und diese Komponenten nicht beschädigt werden.
In der obigen Darstellung sind die Kurbel 51 und das V-förmige Glied 5 keine wesentlichen Bestandteile der vorliegenden Erfindung. Die Kurbel 51 kann durch Weglassen des V-förmigen Glieds 5 drehbar mit dem zweiten Glied 2 verbunden sein, oder der Endabschnitt der Kolbenstange 3b kann durch Weglassen der Kurbel 51 und des V-förmigen Glieds 5 drehbar mit dem zweiten Glied 2 verbunden sein.
Die Konfigurationen, funktionsweise und die Effekte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden zusammengefasst.
Der Modulroboter 100 ist so konfiguriert, dass eine Vielzahl von Modulen 101 gekoppelt wird, die jeweils Folgendes aufweisen: das erste Glied 1 (das erste Element); das zweite Glied 2 (das zweite Element), das mit dem ersten Glied 1 relativ beweglich verbunden ist; und den Hydraulikzylinder 3 (den Fluiddruckzylinder), der das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 relativ bewegt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Modulroboter 100 so zu konfigurieren, dass er an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden kann, indem mehrere Module 101 gekoppelt werden, die jeweils das erste Glied 1, das zweite Glied 2 und den Hydraulikzylinder 3 aufweisen. Da der Modulroboter 100 nur durch Kopplung der mehreren Module 101 konfiguriert werden kann, ist es außerdem einfach, den Modulroboter 100 zusammenzubauen, und wenn der Modulroboter 100 transportiert werden soll, genügt es, den Modulroboter 100 in die jeweiligen Module 101 zu unterteilen. Die Montage und der Transport des Modulroboters 100 lassen sich daher einfach durchführen. Auf diese Weise ist es möglich, den Modulroboter 100 so zu konfigurieren, dass er an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden kann und sich leicht zusammenbauen und transportieren lässt.
Außerdem wird der Modulroboter 100 durch Kopplung von mindestens zwei identischen Modulen 101 gebildet.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Modulroboter 100 kostengünstig herzustellen.
Darüber hinaus sind das erste Element und das zweite Element jeweils das erste Glied 1 und das zweite Glied 2, wobei das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 drehbar miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus ist der Hydraulikzylinder 3 drehfest mit dem ersten Glied 1 verbunden.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Modul 102 so zu gestalten, dass es kompakt ist.
Darüber hinaus umfasst das Modul 101, 102 ferner das V-förmige Glied 5 (das dritte Glied), wobei das V-förmige Glied 5 so konfiguriert ist, dass es das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 frei drehbar verbindet, und der Hydraulikzylinder 3 ist mit dem ersten Glied 1 an seinem ersten Endabschnitt verbunden und mit dem V-förmigen Glied 5 an seinem zweiten Endabschnitt verbunden.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Hublänge des Hydraulikzylinders 3 zu verkürzen und den Hydraulikzylinder 3 kompakt zu gestalten.
Darüber hinaus umfasst der Modulroboter 100 ferner die Pumpe 10 (die Arbeitsfluidquelle), die so konfiguriert ist, dass sie das Arbeitsfluid dem Hydraulikzylinder 3 zuführt; und das Servoventil 11 (das Steuerventil), das so konfiguriert ist, dass es die Zufuhr und den Abfluss des Arbeitsöls (des Arbeitsfluids) zwischen der Pumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 3 steuert.
Darüber hinaus verfügt das Modul 101, 102 über den Sensor 12 (den Zustandsgrößendetektor), der so konfiguriert ist, dass er die Zustandsgröße des Moduls 101 erfasst; und die Steuerung 13, die so konfiguriert ist, dass sie die Bewegung des Moduls 101 steuert, indem sie den Betrieb des Servoventils 11 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Sensors 12 steuert.
Mit diesen Konfigurationen ist es möglich, die Bewegung des Modulroboters 100 zu steuern.
Darüber hinaus werden die beiden Module 101A und 101B gekoppelt, indem das erste Glied 1 oder das zweite Glied 2 des ersten Moduls 101A mit dem ersten Glied 1 oder dem zweiten Glied 2 des zweiten Moduls 101B verbunden wird, und das erste Glied 1 und das zweite Glied 2 weisen jeweils die Verbindungsplatten 31A und 31B auf, wobei die Verbindungsplatten 31A und 31B so konfiguriert sind, dass sie verbunden werden, indem sie in Oberflächenkontakt miteinander gebracht werden.
Darüber hinaus sind die Verbindungsplatten 31A und 31B jeweils mit einer Vielzahl von Verbindungslöchern 21 in gleichen Abständen zueinander ausgebildet, wobei die Verbindungslöcher 21 so konfiguriert sind, dass die Verbindungsmittel jeweils in die Verbindungslöcher 21 eingesetzt werden, wobei die Verbindungsmittel so konfiguriert sind, dass sie die Verbindungsplatten 31A und 31B miteinander verbinden.
Mit diesen Konfigurationen ist es möglich, die Verbindungsplatte 31A des ersten Moduls 101A mit der Verbindungsplatte 31B des zweiten Moduls 101B auf einfache Weise zu verbinden.
Außerdem ist der Hydraulikzylinder 3 in das erste Glied 1 eingebaut.
Darüber hinaus verfügt das Modul 102 über das Servoventil 11 (das Steuerventil), das so konfiguriert ist, dass es die Zufuhr und den Abfluss des Arbeitsfluids zwischen der Pumpe 10 (der Arbeitsfluidquelle) und dem Hydraulikzylinder 3 steuert; den Sensor 12 (den Zustandsgrößendetektor), der so konfiguriert ist, dass er die Zustandsgröße des Moduls 102 erfasst; und die Steuerung 13, die so konfiguriert ist, dass sie die Bewegung des Moduls 102 steuert, indem sie den Betrieb des Servoventils 11 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Sensors 12 steuert, wobei das Servoventil 11, der Sensor 12 und die Steuerung13 in das erste Glied 1 eingebaut sind.
Mit diesen Konfigurationen ist es möglich, das Modul 102 so zu gestalten, dass es kompakt ist.
Darüber hinaus wird bei dem Modulroboter 100 ein Beinabschnitt durch Kopplung der drei Module 101A, 101B und 101C so konfiguriert, dass es dem Knöchelgelenk, dem Kniegelenk und dem Hüftgelenk entspricht.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Beinabschnittroboter nur durch Kopplung der drei Module 101A, 101B und 101C auszubilden.
Zuvor wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die oben genannten Ausführungsformen sind nur Beispiele für Anwendungen dieser Erfindung, und der technische Umfang dieser Erfindung ist nicht auf die konkreten Ausgestaltungen der oben genannten Ausführungsformen beschränkt.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27. Juni 2019 beim japanischen Patentamt eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-119950 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme in dieser Beschreibung aufgenommen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018192607 A [0002]
JP 2017040594 A [0002]
JP 2018153542 A [0002]
JP 2019119950 [0089]

Claims

Modulroboter, der durch Kopplung einer Vielzahl von Modulen konfiguriert ist, wobei die Module jeweils ein erstes Element, ein zweites Element, das mit dem ersten Element relativ beweglich verbunden ist, und einen Fluiddruckzylinder aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er das erste Element und das zweite Element relativ bewegt.
Modulroboter nach Anspruch 1, wobei der Modulroboter durch Kopplung der gleichen mindestens zwei Module konfiguriert ist.
Modulroboter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Element und das zweite Element ein erstes Glied bzw. ein zweites Glied sind, wobei das erste Glied und das zweite Glied drehbar miteinander verbunden sind.
Modulroboter nach Anspruch 3, wobei der Fluiddruckzylinder drehfest mit dem ersten Glied verbunden ist.
Modulroboter nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Modul ferner ein drittes Glied aufweist, wobei das dritte Glied so konfiguriert ist, dass es das erste Glied und das zweite Glied frei drehbar verbindet, und der Fluiddruckzylinder an einem ersten Endabschnitt mit dem ersten Glied und an einem zweiten Endabschnitt mit dem dritten Glied verbunden ist.
Modulroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: eine Arbeitsfluidquelle, die so konfiguriert ist, dass sie dem Fluiddruckzylinder Arbeitsfluid zuführt; und ein Steuerventil, das so konfiguriert ist, dass es die Zufuhr und den Abfluss des Arbeitsfluids zwischen der Arbeitsfluidquelle und dem Fluiddruckzylinder steuert.
Modulroboter nach Anspruch 6, wobei das Modul ferner umfasst: einen Zustandsgrößendetektor, der so konfiguriert ist, dass er eine Zustandsgröße des Moduls erfasst; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Bewegung des Moduls steuert, indem sie den Betrieb des Steuerventils auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Zustandsgrößendetektors steuert.
Modulroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die beiden Module durch Verbinden des ersten Elements oder des zweiten Elements eines der Module mit dem ersten Element oder dem zweiten Element des anderen Moduls gekoppelt werden, und das erste Element und das zweite Element jeweils Verbindungsplatten aufweisen, wobei die Verbindungsplatten so konfiguriert sind, dass sie miteinander verbunden werden, indem sie in Oberflächenkontakt miteinander gebracht werden.
Modulroboter nach Anspruch 8, wobei die Verbindungsplatten jeweils mit einer Vielzahl von Verbindungslöchern in gleichen Abständen voneinander ausgebildet sind, wobei die Verbindungslöcher so konfiguriert sind, dass Verbindungsmittel jeweils in die Verbindungslöcher eingesetzt werden, wobei die Verbindungsmittel so konfiguriert sind, dass sie die Verbindungsplatten koppeln.
Modulroboter nach Anspruch 4, wobei der Fluiddruckzylinder in das erste Glied eingebaut ist.
Modulroboter nach Anspruch 10, wobei das Modul ferner umfasst: ein Steuerventil, das so konfiguriert ist, dass es die Zufuhr und den Abfluss von Arbeitsfluid zwischen einer Arbeitsfluidquelle und dem Flüssigkeitsdruckzylinder steuert; einen Zustandsgrößendetektor, der so konfiguriert ist, dass er eine Zustandsgröße des Moduls erfasst; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Bewegung des Moduls durch Steuern des Betriebs des Steuerventils auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Zustandsgrößendetektors steuert, und das Steuerventil, der Zustandsdetektor und die Steuerung in das erste Glied eingebaut sind.
Modulroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Beinabschnitt durch Kopplung der drei Module so konfiguriert ist, dass es einem Knöchelgelenk, einem Kniegelenk und einem Hüftgelenk entspricht.