JP2001341092A - 多関節ロボットおよび多関節ロボットの位置教示方法 - Google Patents
多関節ロボットおよび多関節ロボットの位置教示方法Info
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- JP2001341092A JP2001341092A JP2000166262A JP2000166262A JP2001341092A JP 2001341092 A JP2001341092 A JP 2001341092A JP 2000166262 A JP2000166262 A JP 2000166262A JP 2000166262 A JP2000166262 A JP 2000166262A JP 2001341092 A JP2001341092 A JP 2001341092A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】減速比の大きい多関節ロボットであっても手動
による位置教示を行うことができ、しかも突発的に加わ
る外力に対してもロボットが破損したり、人間へ危険を
及ぼすことがなく、ホームユースとしても安全性が高い
多関節ロボット及びそのロボットの位置教示方法を提供
する。 【解決手段】多関節ロボットは、各関節部にその関節部
を動作させるための駆動力を供給する駆動手段と、その
駆動力から所望の回転速度が得られるよう予め所定の減
速比が設定された減速機構と、外力によってリミッタト
ルクを発生させることにより、その関節部を駆動手段に
対して任意に変位可能とするトルクリミッタ機構と、各
関節部の曲げ角度を検出する位置検出手段とを設ける構
造とする。
による位置教示を行うことができ、しかも突発的に加わ
る外力に対してもロボットが破損したり、人間へ危険を
及ぼすことがなく、ホームユースとしても安全性が高い
多関節ロボット及びそのロボットの位置教示方法を提供
する。 【解決手段】多関節ロボットは、各関節部にその関節部
を動作させるための駆動力を供給する駆動手段と、その
駆動力から所望の回転速度が得られるよう予め所定の減
速比が設定された減速機構と、外力によってリミッタト
ルクを発生させることにより、その関節部を駆動手段に
対して任意に変位可能とするトルクリミッタ機構と、各
関節部の曲げ角度を検出する位置検出手段とを設ける構
造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人間と共存する多
関節型のロボットの構造及びその多関節ロボットの位置
教示方法に関する。
関節型のロボットの構造及びその多関節ロボットの位置
教示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のロボットにおける位置教示は、数
値デ−タを直接入力するか、あるいはロボットが動作し
ていない状態で、ロボットを教示したい位置まで手動で
動かし、ロボットの位置センサの値を読み取り、それを
デ−タとして必要に応じて加工し記憶するという方法が
行われてきた。しかし、多関節ロボットにおいては、各
部品の加工精度や組み立て精度上、すべての位置デ−タ
の数値デ−タを入力することは困難であることから、手
動による動作位置の教示（ダイレクト教示）が行われる
ことが多い。しかし、このダイレクト教示では、関節数
がさらに多いロボットの場合、困難になる。すなわち、
サーボを切った状態で何箇所もの関節の位置を手動で調
整し、ロボットの自重も含めた外力に対し、所望の姿勢
を維持することが難しい。
値デ−タを直接入力するか、あるいはロボットが動作し
ていない状態で、ロボットを教示したい位置まで手動で
動かし、ロボットの位置センサの値を読み取り、それを
デ−タとして必要に応じて加工し記憶するという方法が
行われてきた。しかし、多関節ロボットにおいては、各
部品の加工精度や組み立て精度上、すべての位置デ−タ
の数値デ−タを入力することは困難であることから、手
動による動作位置の教示（ダイレクト教示）が行われる
ことが多い。しかし、このダイレクト教示では、関節数
がさらに多いロボットの場合、困難になる。すなわち、
サーボを切った状態で何箇所もの関節の位置を手動で調
整し、ロボットの自重も含めた外力に対し、所望の姿勢
を維持することが難しい。
【０００３】この困難を解決する技術として、特開平１
１−７７５６０号公報には、複数の動作部を連結する関
節部分に、この関節部分を介して連結されている複数の
相対位置関係を保持するブレーキ機構を備えたものが開
示されている。このブレーキ機構によって操作者が直接
動かして動作させようとする動作部に関連する関節部分
における動作部の相対位置関係の保持を解除するように
なっている。この構成により、上記任意の動作部につい
て簡単にその相対位置関係を変えることができ、その他
の複数の動作部を連結する関節部分では、ブレーキ機構
が働き、その関節部分における複数の動作部の相対位置
関係を保持することができる。このように、特開平１１
−７７５６０号公報に記載の技術では、操作者が任意の
動作部の相対位置関係の変更を行い、その任意の動作部
の位置を教示することを、多関節ロボットの姿勢を崩さ
ずに簡単に行えるものとなっている。
１−７７５６０号公報には、複数の動作部を連結する関
節部分に、この関節部分を介して連結されている複数の
相対位置関係を保持するブレーキ機構を備えたものが開
示されている。このブレーキ機構によって操作者が直接
動かして動作させようとする動作部に関連する関節部分
における動作部の相対位置関係の保持を解除するように
なっている。この構成により、上記任意の動作部につい
て簡単にその相対位置関係を変えることができ、その他
の複数の動作部を連結する関節部分では、ブレーキ機構
が働き、その関節部分における複数の動作部の相対位置
関係を保持することができる。このように、特開平１１
−７７５６０号公報に記載の技術では、操作者が任意の
動作部の相対位置関係の変更を行い、その任意の動作部
の位置を教示することを、多関節ロボットの姿勢を崩さ
ずに簡単に行えるものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
１１−７７５６０号公報に記載の技術において、関節部
を手動で動かすこと、すなわち、従動側から駆動側を動
かすことは必ずしも可能であるとは言えない。例えば、
関節を駆動するモータの減速比が大きくなった場合、モ
ータの軸受け負荷が大きく、またディテントトルク（コ
ギング）等によって関節部を動かすことは困難となる。
また、モータの減速比が大きくない場合であっても、ウ
ォームギアなどの減速機構を用いた場合では従動側から
駆動側を動かすことはできない。一方、ゆっくりと従動
側から駆動側を動かすことができる程度に減速比が小さ
い場合では、位置教示を行うことは可能であるが、モー
タのロータイナーシャのため急激に動かすことはできな
い。従って、大きな外力が瞬間的にかかった場合には、
関節部を破損するおそれがある。
１１−７７５６０号公報に記載の技術において、関節部
を手動で動かすこと、すなわち、従動側から駆動側を動
かすことは必ずしも可能であるとは言えない。例えば、
関節を駆動するモータの減速比が大きくなった場合、モ
ータの軸受け負荷が大きく、またディテントトルク（コ
ギング）等によって関節部を動かすことは困難となる。
また、モータの減速比が大きくない場合であっても、ウ
ォームギアなどの減速機構を用いた場合では従動側から
駆動側を動かすことはできない。一方、ゆっくりと従動
側から駆動側を動かすことができる程度に減速比が小さ
い場合では、位置教示を行うことは可能であるが、モー
タのロータイナーシャのため急激に動かすことはできな
い。従って、大きな外力が瞬間的にかかった場合には、
関節部を破損するおそれがある。
【０００５】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたものであり、減速比の大きい多関節ロボットで
あっても手動による位置教示を行うことができ、しかも
突発的に加わる外力に対してもロボットが破損したり、
人間へ危険を及ぼすことがなく、ホームユースとしても
安全性が高い多関節ロボット及びそのロボットの位置教
示方法を提供することを目的とする。
なされたものであり、減速比の大きい多関節ロボットで
あっても手動による位置教示を行うことができ、しかも
突発的に加わる外力に対してもロボットが破損したり、
人間へ危険を及ぼすことがなく、ホームユースとしても
安全性が高い多関節ロボット及びそのロボットの位置教
示方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明の多関節ロボットは、複数の関節部を備
えており、その関節部にそれぞれ、当該関節部を動作さ
せるための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力か
ら所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定され
た減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させ
ることにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意
に変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲
げ角度を検出する位置検出手段とが設けられていること
によって特徴付けられている。
ために、本発明の多関節ロボットは、複数の関節部を備
えており、その関節部にそれぞれ、当該関節部を動作さ
せるための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力か
ら所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定され
た減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させ
ることにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意
に変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲
げ角度を検出する位置検出手段とが設けられていること
によって特徴付けられている。
【０００７】この構成により、トルク値の調整が可能に
なり、大きな減速比である場合でも手動による位置教示
を行うことができる。また、部品精度や組立精度にばら
つきがあった場合でも、適切なトルク値に設定すること
ができる。また、例えば、トルク値を関節部や減速機構
の破損が発生する限界のトルク値以下に設定すれば、急
激な外力が加わった場合でも、ロボットの破損を防ぐこ
とができる。また、接触する可能性のある人間に対して
危険となるトルク値以下とすれば、ホームユースとして
も安全性の高いロボットとすることができる。
なり、大きな減速比である場合でも手動による位置教示
を行うことができる。また、部品精度や組立精度にばら
つきがあった場合でも、適切なトルク値に設定すること
ができる。また、例えば、トルク値を関節部や減速機構
の破損が発生する限界のトルク値以下に設定すれば、急
激な外力が加わった場合でも、ロボットの破損を防ぐこ
とができる。また、接触する可能性のある人間に対して
危険となるトルク値以下とすれば、ホームユースとして
も安全性の高いロボットとすることができる。
【０００８】この多関節ロボットにおいて、上記減速機
構は、その駆動状態では外部からの力によって上記駆動
手段の駆動状態を変化させない減速比に設定されている
ことが好ましい。この構成とすれば、駆動状態では外力
からの影響をうけず、安定した駆動状態を維持できる。
構は、その駆動状態では外部からの力によって上記駆動
手段の駆動状態を変化させない減速比に設定されている
ことが好ましい。この構成とすれば、駆動状態では外力
からの影響をうけず、安定した駆動状態を維持できる。
【０００９】また、上記減速機構に、ウォーム・ウォー
ムホイールを用いてもよい。
ムホイールを用いてもよい。
【００１０】さらに、上記リミッタトルクは外部より調
整可能であることが好ましい。この構成とすれば、トル
ク値を外部から調整することができ、操作し易い。
整可能であることが好ましい。この構成とすれば、トル
ク値を外部から調整することができ、操作し易い。
【００１１】また、上記位置検出手段は、ポテンション
メータあるいはロータリーエンコーダとすることができ
る。
メータあるいはロータリーエンコーダとすることができ
る。
【００１２】この構成により、これらの位置検出手段の
いずれかが、関節部に直接設けられているので、関節の
曲げ角度を精度良く検出することができる。
いずれかが、関節部に直接設けられているので、関節の
曲げ角度を精度良く検出することができる。
【００１３】また、本発明の多関節ロボットの位置教示
方法は、上記した本発明の多関節ロボットを用いて行う
ものであり、上記駆動手段の駆動を停止状態とした後、
任意の関節部を予め設定されたリミッタトルク値以上の
力で手動により動かし、その関節部の曲げ角度を上記位
置検出手段によって検出することにより、位置教示を行
うことによって特徴付けられている。
方法は、上記した本発明の多関節ロボットを用いて行う
ものであり、上記駆動手段の駆動を停止状態とした後、
任意の関節部を予め設定されたリミッタトルク値以上の
力で手動により動かし、その関節部の曲げ角度を上記位
置検出手段によって検出することにより、位置教示を行
うことによって特徴付けられている。
【００１４】この構成により、駆動部の駆動如何に関わ
らず、関節部の位置情報を確実に得ることができ、手動
による位置教示を行うことができる。
らず、関節部の位置情報を確実に得ることができ、手動
による位置教示を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００１６】図３は本発明の実施の形態の多関節ロボッ
トの外観図である。
トの外観図である。
【００１７】この多関節ロボット１は、娯楽用４足歩行
ロボットであり、人間と同じ作業空間内で動作する種類
のものである。言い換えれば、人間と接触する可能性の
ある人間共存型ロボットであり、主にホームユースとし
て用いられる。このロボット１は４つの脚、すなわち、
左前脚１０、右前脚２０、左後脚３０、右後脚４０を有
し、それぞれの脚は３つの自由度をもつ構成である。例
えば、左前脚１０においては、膝部の回転軸１０Ａを中
心としてロボット１に対して前後方向に、肩部の回転軸
１０Ｂを中心としてロボット１に対して前後方向、回転
軸１０Ｃを中心として左右方向にそれぞれ関節を曲げる
ことができる。他の脚についても同様に３つの自由度を
もって関節を曲げることができる。また、左右前脚１
０、２０の回転軸１０Ｂ，２０Ｂおよび左右後脚３０、
４０の回転軸３０Ｂ，４０Ｂは同軸であり一致してい
る。また、頭部５０では、回転軸５０Ａを中心にピッチ
動作を、回転軸５０Ｂを中心に回転動作を、さらに回転
軸５０Ｃを中心にロール方向に動作をさせることができ
る構成となっている。さらに尻尾部６０については、回
転軸６０Ａを中心に上下方向に動作させることができ
る。
ロボットであり、人間と同じ作業空間内で動作する種類
のものである。言い換えれば、人間と接触する可能性の
ある人間共存型ロボットであり、主にホームユースとし
て用いられる。このロボット１は４つの脚、すなわち、
左前脚１０、右前脚２０、左後脚３０、右後脚４０を有
し、それぞれの脚は３つの自由度をもつ構成である。例
えば、左前脚１０においては、膝部の回転軸１０Ａを中
心としてロボット１に対して前後方向に、肩部の回転軸
１０Ｂを中心としてロボット１に対して前後方向、回転
軸１０Ｃを中心として左右方向にそれぞれ関節を曲げる
ことができる。他の脚についても同様に３つの自由度を
もって関節を曲げることができる。また、左右前脚１
０、２０の回転軸１０Ｂ，２０Ｂおよび左右後脚３０、
４０の回転軸３０Ｂ，４０Ｂは同軸であり一致してい
る。また、頭部５０では、回転軸５０Ａを中心にピッチ
動作を、回転軸５０Ｂを中心に回転動作を、さらに回転
軸５０Ｃを中心にロール方向に動作をさせることができ
る構成となっている。さらに尻尾部６０については、回
転軸６０Ａを中心に上下方向に動作させることができ
る。
【００１８】このように、ロボット１は、脚部において
はそれぞれ３つ（合計１２）、頭部においては３つ、尻
尾部に１つの自由度（合計１６）をもたせ、それぞれの
関節部をコントロールすることによって歩行をはじめと
する動物に似た動作をさせることができる。
はそれぞれ３つ（合計１２）、頭部においては３つ、尻
尾部に１つの自由度（合計１６）をもたせ、それぞれの
関節部をコントロールすることによって歩行をはじめと
する動物に似た動作をさせることができる。
【００１９】これら１６の自由度に対するコントロール
のための手段として、図１に示すように、それぞれの関
節部にその駆動源としてのモータ１４、減速機構として
のギア列１５ａ‥１５ｅ、関節の曲げ角度を検出するた
めのポテンションメータ１９が設けられている。モータ
サイズおよびギア減速比については、それぞれの関節部
によって異なっており、その部位に応じてその駆動力お
よび回転速度が得られるようにモータおよびギア列が選
定されている。例えば、脚部の肩部における関節では胴
体を支えるためにモータの駆動力を大きくする必要があ
るが、尻尾部における関節では駆動力は小さくてよい。
のための手段として、図１に示すように、それぞれの関
節部にその駆動源としてのモータ１４、減速機構として
のギア列１５ａ‥１５ｅ、関節の曲げ角度を検出するた
めのポテンションメータ１９が設けられている。モータ
サイズおよびギア減速比については、それぞれの関節部
によって異なっており、その部位に応じてその駆動力お
よび回転速度が得られるようにモータおよびギア列が選
定されている。例えば、脚部の肩部における関節では胴
体を支えるためにモータの駆動力を大きくする必要があ
るが、尻尾部における関節では駆動力は小さくてよい。
【００２０】図１は本発明の実施の形態に適用される関
節部のトルクリミッタ機構の構成を示す図であり、同図
（ａ）はその断面図、同図（ｂ）はその側面図である。
節部のトルクリミッタ機構の構成を示す図であり、同図
（ａ）はその断面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００２１】腿に相当する脚部１１と脛に相当する脚部
１２は、回転軸１３を中心として回転自在である。脚部
１２には駆動モータ１４、減速機構として中継ギア１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ、および位置検出
用のポテンションメータ１９が設けられている。駆動モ
ータ１４からの動力はピニオンギア１４ａから中継ギア
１５ａに伝えられ、中継ギア１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，
１５ｅからなる減速機構を介して駆動ギア１６に伝えら
れる。駆動ギア１６はこの減速機構を介して脚部１１の
突起部１１ａに取り付けられているので、モータ１４が
取り付けられている脚部１２は、図１（ｂ）に示すよう
に脚部１１に対してＤ方向に相対的に回転運動可能とな
る。一方、脚部１１の突起部１１ａには回転軸１３が強
固に固定されている。この突起部１１ａの滑り面１１ｂ
にはフェルト２２を貼り付けた駆動ギア１６がボス１７
によって押さえつけられている。このボス１７はボール
ベアリング１８とともに回転軸１３にスライド自在に嵌
められているが、調整ネジ２１を締めることによって、
ボールベアリング１８、ボス１７とともに駆動ギア１６
を滑り面１１ｂに押さえることができる。このように、
調整ネジ２１を締め付けることによって、駆動ギア１６
と脚部１１の滑り面１１ｂとの間に大きな摩擦力が発生
し、リミッタトルクを発生させることができる構造とな
っており、これらにより、トルクリミッタ機構が構成さ
れている。つまり、調整ネジ２１によって、所望のリミ
ッタトルクを設定できる。
１２は、回転軸１３を中心として回転自在である。脚部
１２には駆動モータ１４、減速機構として中継ギア１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ、および位置検出
用のポテンションメータ１９が設けられている。駆動モ
ータ１４からの動力はピニオンギア１４ａから中継ギア
１５ａに伝えられ、中継ギア１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，
１５ｅからなる減速機構を介して駆動ギア１６に伝えら
れる。駆動ギア１６はこの減速機構を介して脚部１１の
突起部１１ａに取り付けられているので、モータ１４が
取り付けられている脚部１２は、図１（ｂ）に示すよう
に脚部１１に対してＤ方向に相対的に回転運動可能とな
る。一方、脚部１１の突起部１１ａには回転軸１３が強
固に固定されている。この突起部１１ａの滑り面１１ｂ
にはフェルト２２を貼り付けた駆動ギア１６がボス１７
によって押さえつけられている。このボス１７はボール
ベアリング１８とともに回転軸１３にスライド自在に嵌
められているが、調整ネジ２１を締めることによって、
ボールベアリング１８、ボス１７とともに駆動ギア１６
を滑り面１１ｂに押さえることができる。このように、
調整ネジ２１を締め付けることによって、駆動ギア１６
と脚部１１の滑り面１１ｂとの間に大きな摩擦力が発生
し、リミッタトルクを発生させることができる構造とな
っており、これらにより、トルクリミッタ機構が構成さ
れている。つまり、調整ネジ２１によって、所望のリミ
ッタトルクを設定できる。
【００２２】なお、ボス１７および調整ネジ２１がボー
ルベアリング１８と接する面には、段が設けられ、これ
らがボールベアリング１８のインナーレースのみに当た
るようにし、アウターレースおよびシールドカバーには
当たらないようにしている。
ルベアリング１８と接する面には、段が設けられ、これ
らがボールベアリング１８のインナーレースのみに当た
るようにし、アウターレースおよびシールドカバーには
当たらないようにしている。
【００２３】また、回転軸１３の一方の片側は調整ネジ
用にタップが切られているが、もう一方の片側には切り
欠きが設けられ、ポテンションメータ１９の回転部に嵌
められている。従って、回転軸１３は脚部１１に固定さ
れているため、トルクリミッタ機構の動作如何にかかわ
らず、脚部１１と脚部１２とが相対的に回転した場合に
はポテンションメータ１９によってその角度位置の検出
を行うことができる。
用にタップが切られているが、もう一方の片側には切り
欠きが設けられ、ポテンションメータ１９の回転部に嵌
められている。従って、回転軸１３は脚部１１に固定さ
れているため、トルクリミッタ機構の動作如何にかかわ
らず、脚部１１と脚部１２とが相対的に回転した場合に
はポテンションメータ１９によってその角度位置の検出
を行うことができる。
【００２４】以上の構成により、ロボット動作中は勿
論、モータの非制御時であっても、ポテンションメータ
１９からの関節の曲げ角度情報を得ることができ、手動
による位置教示を行うことができる。例えば、歩行に関
してのデータを作成する場合、トルクリミッタ機構を動
作させて手動で４本の脚に歩行に適切な角度を教示する
ことができる。この時の関節部のポテンションメータの
出力値をそれぞれ記録することによって、１つのフレー
ムとして各関節部のデータを得ることができ、簡単に歩
行データを作成することができる。
論、モータの非制御時であっても、ポテンションメータ
１９からの関節の曲げ角度情報を得ることができ、手動
による位置教示を行うことができる。例えば、歩行に関
してのデータを作成する場合、トルクリミッタ機構を動
作させて手動で４本の脚に歩行に適切な角度を教示する
ことができる。この時の関節部のポテンションメータの
出力値をそれぞれ記録することによって、１つのフレー
ムとして各関節部のデータを得ることができ、簡単に歩
行データを作成することができる。
【００２５】本実施例におけるモータ関節部のギア減速
比はおよそ１／１００から１／５００であり、ロボット
の動作に必要な駆動力および回転速度が得られるように
してある。従来技術では上記したように、この程度の減
速比、特に１／５００近くになれば関節部を手動で動か
そうとしても減速機構における摩擦ロスや、モータのデ
ィテントトルク（コギング）により動かすのは難しい。
たとえ、手動で関節部を動かすことができる場合でも急
激な外力が加わった場合には、モータのロータイナーシ
ャのため瞬間的に回転することができない。しかし、本
実施の形態では上記したようなリミッタトルクの調整を
可能とするトルクリミッタ機構を設けておけば、急激な
外力によっても関節部を破損させるこなく即時に回転さ
せることができる。
比はおよそ１／１００から１／５００であり、ロボット
の動作に必要な駆動力および回転速度が得られるように
してある。従来技術では上記したように、この程度の減
速比、特に１／５００近くになれば関節部を手動で動か
そうとしても減速機構における摩擦ロスや、モータのデ
ィテントトルク（コギング）により動かすのは難しい。
たとえ、手動で関節部を動かすことができる場合でも急
激な外力が加わった場合には、モータのロータイナーシ
ャのため瞬間的に回転することができない。しかし、本
実施の形態では上記したようなリミッタトルクの調整を
可能とするトルクリミッタ機構を設けておけば、急激な
外力によっても関節部を破損させるこなく即時に回転さ
せることができる。
【００２６】ロボットは通常４本の脚で支えられ、たと
えロボットが伏せた状態から起き上がる場合でも常時２
本以上の脚で支えられる。従って、ほとんどの場合、脚
１本あたりロボット重量の半分以下の負荷しかかからな
い。このことから、こうした負荷に応じた大きさの関節
駆動トルクがロボットの動作に必要となる。さらに、床
面との摩擦やロボットのあらゆる姿勢を想定した場合、
安全率としては２以上することがが望ましく、これを満
たすようトルク値が設定されている。例えば、ロボット
の重量を１ｋｇとし、脚の長さを４０ｍｍとした場合、
約０．４Ｎｍ以上の関節駆動トルクが要求される。従っ
て、このトルク値をリミッタトルク値に設定すれば、ロ
ボットの動作が行えるとともに、どのような減速機構を
用いても手動で位置教示を行うことができる。
えロボットが伏せた状態から起き上がる場合でも常時２
本以上の脚で支えられる。従って、ほとんどの場合、脚
１本あたりロボット重量の半分以下の負荷しかかからな
い。このことから、こうした負荷に応じた大きさの関節
駆動トルクがロボットの動作に必要となる。さらに、床
面との摩擦やロボットのあらゆる姿勢を想定した場合、
安全率としては２以上することがが望ましく、これを満
たすようトルク値が設定されている。例えば、ロボット
の重量を１ｋｇとし、脚の長さを４０ｍｍとした場合、
約０．４Ｎｍ以上の関節駆動トルクが要求される。従っ
て、このトルク値をリミッタトルク値に設定すれば、ロ
ボットの動作が行えるとともに、どのような減速機構を
用いても手動で位置教示を行うことができる。
【００２７】また、人間共存型ロボットであるため、関
節部に手や指が入らないような構造とすることは当然で
あるが、動作時に手や指を挟んでしまうようなことがあ
った場合でも、人間に危険が及ばないリミッタトルク値
としておく必要がある。このようなトルク値とすれば指
を挟んだりする場所での危険が生じない。例えば、上記
０．４Ｎｍのリミッタトルクであれば、回転軸より２０
ｍｍ離れた位置で指を挟んでも２０Ｎの力しかかからな
いため、大きな危険はない。しかし、同じリミッタトル
クであっても回転軸に近い位置の大きな力が発生するよ
うな箇所ではカバー等を設け、指を挟むなどの危険を回
避することが好ましい。特に、ロボットが大型になった
場合、必然的に駆動トルクも大きくする必要がある。こ
の場合、手が触れる部位に、指を挟んだ時にこれを検知
するセンサ等を設けることにより、安全性の高いロボッ
トとして機能させることができる。
節部に手や指が入らないような構造とすることは当然で
あるが、動作時に手や指を挟んでしまうようなことがあ
った場合でも、人間に危険が及ばないリミッタトルク値
としておく必要がある。このようなトルク値とすれば指
を挟んだりする場所での危険が生じない。例えば、上記
０．４Ｎｍのリミッタトルクであれば、回転軸より２０
ｍｍ離れた位置で指を挟んでも２０Ｎの力しかかからな
いため、大きな危険はない。しかし、同じリミッタトル
クであっても回転軸に近い位置の大きな力が発生するよ
うな箇所ではカバー等を設け、指を挟むなどの危険を回
避することが好ましい。特に、ロボットが大型になった
場合、必然的に駆動トルクも大きくする必要がある。こ
の場合、手が触れる部位に、指を挟んだ時にこれを検知
するセンサ等を設けることにより、安全性の高いロボッ
トとして機能させることができる。
【００２８】なお、本実施の形態では、位置検出手段と
して電気抵抗式ポテンションメータを用いたが、これに
限ることなく、ホール素子型のものを用いてもよい。ま
た、アブソリュート型の磁気式あるいは光学式のロータ
リーエンコーダを用いることもでき、上記電気抵抗式ポ
テンションメータと同様に回転角度を検出することがで
きる。なお、インクリメント型のロータリーエンコーダ
を用いることも可能であるが、この場合、教示や動作を
させる前に、リミッタトルク機構の原点位置補正を行う
必要がある。
して電気抵抗式ポテンションメータを用いたが、これに
限ることなく、ホール素子型のものを用いてもよい。ま
た、アブソリュート型の磁気式あるいは光学式のロータ
リーエンコーダを用いることもでき、上記電気抵抗式ポ
テンションメータと同様に回転角度を検出することがで
きる。なお、インクリメント型のロータリーエンコーダ
を用いることも可能であるが、この場合、教示や動作を
させる前に、リミッタトルク機構の原点位置補正を行う
必要がある。
【００２９】さらに、本実施の形態においては、トルク
リミッタ機構は摩擦を利用しており、摩擦板としては安
定性の高いフェルトを用いている。トルクリミッタ機構
は常時動作状態ではないため、簡単な構成としても構わ
ないが、トルクリミッタ機構に粘着による異常が発生し
た場合は事故につながる可能性もあるため、滑らせる部
分には信頼性の高い材料を用いることが望ましい。
リミッタ機構は摩擦を利用しており、摩擦板としては安
定性の高いフェルトを用いている。トルクリミッタ機構
は常時動作状態ではないため、簡単な構成としても構わ
ないが、トルクリミッタ機構に粘着による異常が発生し
た場合は事故につながる可能性もあるため、滑らせる部
分には信頼性の高い材料を用いることが望ましい。
【００３０】また、本実施の形態の関節部では調整ネジ
２１を外部から調整し、締付けトルクによってリミッタ
トルク値を調整することが可能となっているが、摩擦面
に圧力を加えるためのバネ等を組み込んだトルクリミッ
タ機構であってもよい。
２１を外部から調整し、締付けトルクによってリミッタ
トルク値を調整することが可能となっているが、摩擦面
に圧力を加えるためのバネ等を組み込んだトルクリミッ
タ機構であってもよい。
【００３１】なお、減速機構としては、図２に示すよう
なウォーム・ウォームホイール２５を用いたものがあ
る。これはコストの観点から有益であるが、手動では全
く動かすことができないため、これに図１に示すような
トルクリミッタ機構を組み込むことで、簡単に手動によ
る位置教示を行うことができる。
なウォーム・ウォームホイール２５を用いたものがあ
る。これはコストの観点から有益であるが、手動では全
く動かすことができないため、これに図１に示すような
トルクリミッタ機構を組み込むことで、簡単に手動によ
る位置教示を行うことができる。
【００３２】以上の構成の本実施の形態の多関節ロボッ
トにおいては、その位置教示は以下方法によって行われ
る。
トにおいては、その位置教示は以下方法によって行われ
る。
【００３３】駆動モータ１４の駆動を停止状態とした
後、任意の関節部（左前脚１０、右前脚２０、左後脚３
０、右後脚４０の関節部）を予め設定されたリミッタト
ルク値以上の力で手動により動かし、その関節部の曲げ
角度をポテンションメータ１９によって検出し、この検
出された出力値に基づいて、位置教示が行われる。
後、任意の関節部（左前脚１０、右前脚２０、左後脚３
０、右後脚４０の関節部）を予め設定されたリミッタト
ルク値以上の力で手動により動かし、その関節部の曲げ
角度をポテンションメータ１９によって検出し、この検
出された出力値に基づいて、位置教示が行われる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の本発明の
多関節ロボットは、各関節部に、当該関節部を動作させ
るための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力から
所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定された
減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させる
ことにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意に
変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲げ
角度を検出する位置検出手段を設ける構成としたので、
トルク値の調整が可能になり、大きな減速比である場合
でも手動による位置教示を行うことができる。また、部
品精度や組立精度にばらつきを補償することができるの
で信頼性の高い多関節ロボットとすることができる。ま
た、突発的に加わる外力に対してもロボットが破損した
り、人間へ危険を及ぼすことがなくホームユースとして
も安全性が高い多関節ロボットとすることができる。
多関節ロボットは、各関節部に、当該関節部を動作させ
るための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力から
所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定された
減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させる
ことにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意に
変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲げ
角度を検出する位置検出手段を設ける構成としたので、
トルク値の調整が可能になり、大きな減速比である場合
でも手動による位置教示を行うことができる。また、部
品精度や組立精度にばらつきを補償することができるの
で信頼性の高い多関節ロボットとすることができる。ま
た、突発的に加わる外力に対してもロボットが破損した
り、人間へ危険を及ぼすことがなくホームユースとして
も安全性が高い多関節ロボットとすることができる。
【００３５】また、減速機構は、その駆動状態では外部
からの力によって駆動手段の駆動状態を変化させない減
速比に設定する構成とすれば、外力からの影響をうける
ことがなく、駆動状態を安定させることができる。
からの力によって駆動手段の駆動状態を変化させない減
速比に設定する構成とすれば、外力からの影響をうける
ことがなく、駆動状態を安定させることができる。
【００３６】また、上記減速機構に、ウォーム・ウォー
ムホイールを用いた構成とした場合、コストを低減でき
る。
ムホイールを用いた構成とした場合、コストを低減でき
る。
【００３７】さらに、リミッタトルクを外部より調整可
能な構成とすれば、トルク値を外部から調整することが
できるので、操作し易く効率的である。
能な構成とすれば、トルク値を外部から調整することが
できるので、操作し易く効率的である。
【００３８】また、位置検出手段として、ポテンション
メータあるいはロータリーエンコーダとするした場合、
これらの位置検出手段のいずれかが、関節部に直接設け
られているので、関節の曲げ角度を精度良く検出するこ
とができ、位置教示を正確に行うことができる。
メータあるいはロータリーエンコーダとするした場合、
これらの位置検出手段のいずれかが、関節部に直接設け
られているので、関節の曲げ角度を精度良く検出するこ
とができ、位置教示を正確に行うことができる。
【００３９】本発明の多関節ロボットの位置教示方法
は、上記した本発明の多関節ロボットを用い、駆動手段
の駆動を停止状態とした後、任意の関節部を予め設定さ
れたトルク値以上の力で手動により動かし、その関節部
の関節角度を上記位置検出手段によって検出することに
より、位置教示を行う構成としたので、関節部の位置情
報を確実に得ることができ、手動による位置教示を行う
ことができる。
は、上記した本発明の多関節ロボットを用い、駆動手段
の駆動を停止状態とした後、任意の関節部を予め設定さ
れたトルク値以上の力で手動により動かし、その関節部
の関節角度を上記位置検出手段によって検出することに
より、位置教示を行う構成としたので、関節部の位置情
報を確実に得ることができ、手動による位置教示を行う
ことができる。
【図１】本発明の実施の形態に適用される関節部のトル
クリミッタ機構の構成を示す図である。
クリミッタ機構の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に適用されるウォーム減速
機構を用いた構成を示す図である。
機構を用いた構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の多関節ロボットの外観図
である。
である。
１‥‥多関節ロボット １０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａ，３
０Ｂ，３０Ｃ，４０Ａ，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，６０
Ａ、１３‥‥回転軸 １１、１２‥‥脚部 １４‥‥駆動モータ １４ａ‥‥ピニオンギア １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ‥‥中継ギア １６‥‥駆動ギア １８‥‥ボールベアリング １９‥‥ポテンションメータ ２１‥‥調整ネジ ２２‥‥フェルト ２５‥‥ウォーム・ウォームホイール
０Ｂ，３０Ｃ，４０Ａ，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，６０
Ａ、１３‥‥回転軸 １１、１２‥‥脚部 １４‥‥駆動モータ １４ａ‥‥ピニオンギア １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ‥‥中継ギア １６‥‥駆動ギア １８‥‥ボールベアリング １９‥‥ポテンションメータ ２１‥‥調整ネジ ２２‥‥フェルト ２５‥‥ウォーム・ウォームホイール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F059 AA00 BA02 BB06 BC09 CA02 CA05 CA06 DA02 DA08 DB02 DB09 DC01 DC08 DD01 DD06 FA03 FA05 FB01 FB26 FB29 FC02 FC07 FC13 FC14 3F060 AA00 CA14 GA05 GA13 GB23 GB25 GC01 GC03 GD07 GD12 GD14 HA02 HA11 HA32
Claims (6)
- 【請求項１】 複数の関節部を備えた多関節ロボットで
あって、その関節部にそれぞれ、当該関節部を動作させ
るための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力から
所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定された
減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させる
ことにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意に
変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲げ
角度を検出する位置検出手段とが設けられていることを
特徴とする多関節ロボット。 - 【請求項２】 上記減速機構は、その駆動状態では外部
からの力によって上記駆動手段の駆動状態を変化させな
い減速比に設定されていることを特徴とする請求項１に
記載の多関節ロボット。 - 【請求項３】 上記減速機構にはウォーム・ウォームホ
イールが用いられていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の多関節ロボット。 - 【請求項４】 上記リミッタトルクは外部より調整可能
であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の
多関節ロボット。 - 【請求項５】 上記位置検出手段は、ポテンションメー
タあるいはロータリーエンコーダであることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の多関節ロボット。 - 【請求項６】 複数の関節部を備え、各関節部を動作さ
せるための駆動力を供給する駆動手段と、その駆動力か
ら所望の回転速度が得られるよう予め減速比が設定され
た減速機構と、外力によってリミッタトルクを発生させ
ることにより、当該関節部を上記駆動手段に対して任意
に変位可能とするトルクリミッタ機構と、各関節部の曲
げ角度を検出する位置検出手段が設けられた多関節ロボ
ットの位置教示方法であって、上記駆動手段の駆動を停
止状態とした後、任意の関節部を予め設定されたリミッ
タトルク値以上の力で手動により動かし、その関節部の
曲げ角度を上記位置検出手段によって検出することによ
り、位置教示を行うことを特徴とする多関節ロボットの
位置教示方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166262A JP2001341092A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 多関節ロボットおよび多関節ロボットの位置教示方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166262A JP2001341092A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 多関節ロボットおよび多関節ロボットの位置教示方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001341092A true JP2001341092A (ja) | 2001-12-11 |
Family
ID=18669607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000166262A Pending JP2001341092A (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | 多関節ロボットおよび多関節ロボットの位置教示方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001341092A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004188535A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Sony Corp | 脚式移動ロボット並びに脚式移動ロボットの関節軸として適用されるアクチュエータ装置 |
| US7292913B2 (en) | 2003-08-01 | 2007-11-06 | Kabushiki Kaisha Koyama | Articulated robot |
| JP2010253640A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Japan Science & Technology Agency | 姿勢データ入力装置 |
| WO2012042562A1 (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-05 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 検出機構付き旋回アクチュエータおよび関節ユニット |
| JP2017516674A (ja) * | 2014-06-05 | 2017-06-22 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパＳｏｆｔｂａｎｋ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｅｕｒｏｐｅ | 衝突検出 |
| WO2017135053A1 (ja) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 |
| CN112847345A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-28 | 上海节卡机器人科技有限公司 | 一种机器人拖动示教的方式确定方法和装置 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000166262A patent/JP2001341092A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20140000680A (ko) * | 2010-09-28 | 2014-01-03 | 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 | 검출기구를 구비한 선회 액추에이터 및 관절 유닛 |
| JP5611362B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2014-10-22 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 検出機構付き旋回アクチュエータおよび関節ユニット |
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| WO2017135053A1 (ja) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 |
| JPWO2017135053A1 (ja) * | 2016-02-04 | 2018-08-09 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 |
| CN112847345A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-28 | 上海节卡机器人科技有限公司 | 一种机器人拖动示教的方式确定方法和装置 |
| CN112847345B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-04-15 | 上海节卡机器人科技有限公司 | 一种机器人拖动示教的方式确定方法和装置 |
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