JP2004195576A - Flexible joint manipulator using functional fluid - Google Patents

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JP2004195576A
JP2004195576A JP2002365756A JP2002365756A JP2004195576A JP 2004195576 A JP2004195576 A JP 2004195576A JP 2002365756 A JP2002365756 A JP 2002365756A JP 2002365756 A JP2002365756 A JP 2002365756A JP 2004195576 A JP2004195576 A JP 2004195576A
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joint
manipulator
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functional fluid
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JP2002365756A
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Taro Nakamura
太郎 中村
Nobuhiko Saga
宣彦 嵯峨
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiactive mechanism; to absorb a variation in sudden acceleration; to rotate while sliding in an external environment when a joint contacts with the external environment; to allow arrival at a target position; and to safely avoid from and contact with the external environment by applying a flexible mechanism composed of a neutral position returning means and a functional fluid to a joint of a manipulator by an actuator. <P>SOLUTION: A part of the joint has a flexible joint composed of a device 6 using the functional fluid having the semiactive function and a spring element 8. When the manipulator contacts with the external environment, a part of the joint can bend while relieving contact force and impact force between both by the flexible joint. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ロボットマニピュレータに関し、人間と同じ領域にも使用される、機能性流体を用いた柔軟関節に関するものであって、さらに詳細には、関節の一部が、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって構成されるロボットマニピュレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
人間との協調活動が必要とされる研究が盛んに行われ、人間とロボットの協調システムの確立が検討されている。そして、ロボットが人間と同じ領域に存在するため、接触、衝突といった双方の干渉を想定せざるを得ない環境下に置かれている。
【0003】
かかる環境下にあって、従来のロボットマニピュレータは、精密制御が求められることから、剛性の高いアクチュエータ(減速比の高いギアを使用したモータなど)の使用を余儀なくされるものであった。そして、この高剛性のアクチュエータの使用においては、次のような課題を生じるものであった。
【0004】
一つには、デリケートな運搬物(コップに入った水、お盆の上の食器等、運搬物内部のマスが急激に移動することを嫌う運搬物のことを指す)を移動する場合、過度な速度が生じないようにアクチュエータをゆっくり移動させなければならない。このため、稼動速度が制約されるものであった。また、外部環境(人間、構造物等)が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、マニピュレータは外部環境と激しく衝突するため、搬送物内部のマスが激しく移動し、デリケートな運搬物は移動できない。このため、マニピュレータの適用環境条件として制約を受けるものであった。さらに外部環境(人間、構造物等)が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、また人との共同作業中にマニピュレータが停電、故障等の原因で停止した場合、マニピュレータは、ノンバックドライバブルな機構となり、外部環境に衝突したまま外部環境を押し付けて、目標の位置まで安全に到達できない。このため、作動の安全性、確実性を確保する上で信頼性に問題を残すものであった。またさらに、外部環境(人間、構造物等)が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、マニピュレータは、ノンバックドライバブルな機構となり、外部環境(人間、構造物等)と接触したときの衝突力及び接触力の瞬時の緩和が困難である。このため、人体の安全性を確保する上で改善を必要とするものであった。
【0005】
また、安全性を考慮した従来技術として、関節部にトルクリミッタ(特開2001−003951号)等の安全装置が内蔵されているものもある。しかし、これらによっても以下のような課題を生じる。
(1)激しい振動が生じた場合、トルクリミッタにより十分な減衰力を得ることができず、振動を抑えることができない。このため、動作特性の改善が望まれるものであった。
(2)トルクリミッタを用いた場合、「運搬作業状態」(確実な作業が求められるため比較的高トルクである)と「外部環境への接触」(トルクの適切な緩和が必要)等の各状態を判断してトルクを適切に制御することができない。このため、各種の稼動状態に適応したトルク制御を遂行する上で課題を残すものであった。
(3)外部環境と衝突した時、トルクリミッタの過剰な減衰力の低下により、運搬物内部のマスが激しく移動し、デリケートな運搬物は移動できない。このため、適用範囲に制約を受けるものであった。
(4)トルクリミッタを用いた場合、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の性質(機械インピーダンス、痛覚閾値、破壊閾値)に適応してトルクを制御することができない。このため、各種の稼動状態に適応したトルク制御を遂行する上で課題を残すものであった。
(5)トルクリミッタに使用される異方性ダンパを構成するのに複雑な構成を要し、故障を引き起こしやすい。このため、構造上簡素化する上で課題を残すものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、上記の課題、人体等の外部環境物との接触力緩和とそれに伴う振動の問題を解決するために、マニピュレータが外部環境と接触した時、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって構成された関節の一部が、機能性流体の効果によって、外部環境との接触力および衝撃力を緩和し、且つ外部環境との衝撃によって生じる運搬物内部のマスの激しい移動に対して、その急峻な移動を回避できるようなロボットマニピュレータを提供することを目的とする。
【0007】
さらに、人体への痛覚耐性閾値基づいてマニピュレータ関節部のトルク制御を行い、人体、更には他の外部環境物に対して害を及ぼさないようなシステムを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記のような問題点を解決するために次の機構が必要になることが見い出した上で、達成されたものである。
(1)マニピュレータの急激な加速度の変動を抑えるために、関節の一部に運動エネルギー消散機構が必要となる。
(2)外部環境(人間等)が急にマニピュレータの予定軌道内に進入した場合、その関節がバックドライバブルになるように、リンクの一部に柔軟機構を設ける必要がある。また、目標位置まで到達するために、復帰用バネは必要となる。
(3)外部環境への回避及び接触が安全に遂行されるように、セミアクティブ機構であることが必要である。
(4)「運搬作業状態」(確実な作業が求められるため比較的高トルクである)と「外部環境への接触」(トルクの適切な緩和が必要)等の各状態を判断してトルクを適切に制御することが必要である。
(5)マニピュレータが外部環境と接触した時、外部環境への衝撃力および接触力の緩和を促すため、トルクをコントロールできるような機構及びシステムが必要となる。
(6)運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の性質(機械インピーダンス・人間の痛覚閾値・対象物の破壊閾値)に適応してトルクを制御できるように、セミアクティブな機構が必要である。
(7)構造が簡単であることが必要である。
以上から、この出願の発明は、第1には、関節の一部に、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置と中立位置復帰手段とから構成した柔軟関節を備え、マニピュレータが外部環境と接触した時、上記柔軟関節によって、両者間の接触力および衝撃力を緩和しながら前記関節の一部の折れ曲がりを可能にしたことを特徴とするロボットマニピュレータ(請求項1)を提供するものである。
【0009】
そして、この出願の発明は、さらに具体化して、ロボットマニピュレータが2リンクマニピュレータとして構成され、その第2関節部に設けられた柔軟関節を構成するセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置にER流体を用いたクラッチを用い、且つ中立位置復帰手段に非線形バネを用い、機能性流体に電界又は磁界を印加することによって、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、セミアクティブに関節トルクを制御可能としたり(請求項2)、中立位置復帰手段がコイルバネ又は引張バネであるものとしたり(請求項3)するロボットマニピュレータを提供する。
【0010】
また、この出願の発明は、第2には、前記ロボットマニピュレータを制御する制御システムとして、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置とからなる柔軟関節を備えた柔軟関節2リンクロボットマニピュレータと、機能性流体によって構成された関節の一部のトルクを可変とし且つ、2リンクロボットマニピュレータの運搬作業を可能とするリンク駆動装置と、リンクによる安定的な粘性係数の設定下で運搬作業中、運搬物の許容加速度を判別する許容加速度判別装置と、運搬物が許容加速度を超過した時、又はマニピュレータの外部環境と接触を感知したとき、適宜その状況を判断して設定された粘性条件に修復するため適切に制御を行う粘性条件修復制御装置と、外部環境から回避したマニピュレータのバネ復元した時、アームの振動を抑制するアーム振動抑制制御装置を含むことを特徴とする2リンクロボットマニピュレータの制御システム(請求項4)を提供する。
【0011】
さらに、この出願の発明は、上記制御システムにおける各装置を具体化して、第1関節部とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いたERクラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される柔軟関節を有した第2関節部を備えてマニピュレータを構成する複数のリンクと、第1関節部をドライバを介して駆動する剛性の高いモータと、第2関節部を制御する高電圧アンプと、第1関節及び第2関節の角度を検知する各角度センサと、第2リンクに設置の力センサと、ERクラッチの受ける加速度を検知するロードセルと、各検知信号を受けて演算し、ドライバ及び高電圧アンプ部を介して、モータ及びERクラッチを制御する制御装置を備えたことを特徴とするロボットマニピュレータの制御システム(請求項5)をも提供する。
【0012】
以下、この出願の発明について、さらに詳細に説明する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下この出願の発明の実施の形態について説明する。
ロボットマニピュレータは、2リンクマニピュレータとして構成されるが、2リンクに限定されず、それ以上のリンクにおいても実施することができる。
【0014】
関節の一部に組み込まれる、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置は、ERクラッチを利用することができる。ここで、セミアクティブ機能を有する機能性流体としては、ER流体のみならず、その他の機能性流体として、MR流体、磁性流体等の適用も可能である。
【0015】
また関節の一部に組み込まれる中立位置復帰手段については、非線形バネを用い、形状としてコイルバネ又は引張バネを用いることができる。第2リンクの延長部の先端と第1リンクの関節部との結合構造から、第2リンクの延長部を第1リンクの関節部より長くした場合には、圧縮バネを利用することもできる。
この中立位置復帰手段は、折れ曲が可能なリンクを常時中立位置に復帰させるように作用する中立位置復帰手段であり、トルクの小さなアクチュエータを包含することもできる。
【0016】
機能性流体に電界又は磁界を印加することによるセミアクティブな関節トルク制御は、運搬物の質量の大小による振動特性の違い、外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、適切に制御することができる。
【0017】
以下、図面に基づいてこの出願の発明を、さらに詳細に説明する。
【0018】
【実施例】
この出願の発明の機能性流体を用いた柔軟関節マニピュレータは、第1関節部と第2関節部を備えたシンプルな2リンクマニピュレータとして構成される。第1関節部は剛性の高いモータ(アクチュエータ)によって駆動され、第2関節部は、駆動部がなく、ER流体を用いたクラッチ及び柔かいバネのみによって構成される。
【0019】
この出願の発明の2リンクマニピュレータは、図1、図6に示すように、第1リンク(4)は支持台(1)に設置されたギア機構内蔵モータ(2)の出力軸(3)に枢支され、第2リンク(5)は第1リンク(4)に設置されたERクラッチ(6)の出力軸(7)の一方の端部に枢支される。第1リンク(4)と第1リンク(4)の一端に枢支される第2リンク(5)とからなる2リンクマニピュレータにおいて、第1リンク(4)と第2リンク(5)の間にバネ(8)が介装され、第2リンク(5)を第1リンク(4)の長手方向なる所定方向に位置付けして付勢されるように取付けられる。
【0020】
出力軸(3)の先端に角度センサ(11)が設置され、第1関節部の角度を検出し、また出力軸(7)の先端にも角度センサ(11)が設置され、第2関節部の角度を検出する。
【0021】
第2リンク(5)には力センサ(12)が設置され、人体や外部環境体との接触した場合、その接触力を検出する。
【0022】
ERクラッチ(6)の出力軸(7)の他方の端部にロードセル(9)が設置され、第1リンク(4)との間で発生する粘性トルクが検出される。
【0023】
制御装置(13)は、パソコン(P/C)を含み、角度センサ(11)(11)で検出した、第1関節部の角度及び第2関節部の角度、ロードセル(9)で検出した粘性トルク、力センサ(12)で検出した接触力の検出信号を受けて演算し、高電圧アンプ(14)を介して昇圧された制御電圧を、ERクラッチ(6)に印加し、クラッチの粘性係数を制御する。
【0024】
ドライバ(10)は、ギア機構内蔵モータ(2)を制御するための駆動機構である。
【0025】
この出願の発明において、柔軟関節マニピュレータの第2関節部のトルクを制御するために用いる機能性流体の一つとして、ER流体を用いることができ、さらに中立位置復帰手段を用いた一例として非線形バネを用いることができる。
【0026】
そして、この出願の発明は、ER流体が、電場の印加によりその粘性が可逆的に変化する流体で、主に振動系ダンパや力覚提示といったデバイスへの適用が期待され、自ら外力を発生しないセミアクティブデバイスとしての機能を有することに着目し、本発明のマニピュレータの作動機構に適用した場合、安全性の高いシステムを構築することができるものである。
【0027】
この出願の発明において、ロボットマニピュレータの関節の一部に、中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置によって柔軟関節機構を形成するものであるから、本願の柔軟関節ロボットマニピュレータは、使用上におけるその役割や状態に応じて、図2に示されるように、ケース1、ケース2及びケース3の3種の挙動をとることができる。
【0028】
図2(a)の「ケース1」は、外部環境(人間、デリケートな対象物等)の干渉が生じない又は生じていない場合のマニピュレータの挙動を模式的に示すものである。この場合、作業に対して有効な関節数は柔軟関節の数だけ減少する。したがって、本マニピュレータは、見かけ上1リンクとして機能していることになる。
【0029】
ここで、リンク先端に取り付けられた運搬物を想定した場合、第2関節部のエネルギー消散作用により、運搬物に対する急激な加速度の増加を抑えることができる。したがって、水の入ったコップ等、運搬物内部のマスが激しく移動することを嫌うデリケートな物体の運搬に有効である。
【0030】
次に、図2(b)の「ケース2」は、マニピュレータが外部環境(人間、デリケートな対象物等)(M)と干渉している際の挙動を模式的に示すものである。
【0031】
この挙動は、マニピュレータが外部環境(M)に接触した瞬間、第2関節部が折れ曲がる。これは、マニピュレータと外部環境(M)との接触力を緩和するだけでなく、第1関節部を駆動させ続けることによって、第2リンク(5)が外部環境(M)の回りを滑りながらそれを回避していくように作用する。
【0032】
この場合、高電圧アンプ(14)によってER流体のトルクを制御することにより、外部環境(M)の性質、例えば機械インピーダンス、痛覚閾値、破壊閾値に適応してトルクを制御することができる。
【0033】
ここでケース1からケース2へ移行する際、その初期段階で外部環境(M)とマニピュレータの間に衝突が生じるのであるが、この衝突力は、後述の非線形バネによる作用と、ER流体の粘性によるエネルギー消散作用によって吸収されることにより、緩和される。さらにデリケートな運搬物を移動している場合でも、衝突時にその運搬物に対して、被害を最小限に抑えられるように、ER流体の粘性を制御することも可能である。
【0034】
最後に、図2(c)の「ケース3」は、リンク2が外部環境(M)から回避した後に、バネによってケース1の状態に復元しようとする挙動を模式的に示すものである。
【0035】
この挙動は第2関節部のバネ(8)とマスの効果によって大きく振動することとなって現われる。このため、第2関節部の減衰による制振作用を考慮する必要があり、本願発明は、この振動に対して、第2関節部のER流体の粘性減衰効果によって制御することを可能とするものである。
【0036】
さらに運搬物が変動した場合、例えば、コップに入ったジュース、御盆の上の茶碗を運んでいる場合、一定の加速度を超えるため、容器が移動してこぼれてしまうが、このような場合にもこぼれないようにするため、ER流体の粘性を制御することによって、内部のマスの移動した場合の重心(慣性モーメントの変動に関連する)の移動に対応できるように制御し、これらの問題に適応させることができる。また、運搬物の重さが変動した(負荷変動)場合、振動制御に対する関節の臨界減衰係数が変動するが、この場合も、ER流体の粘性を変化させることによって容易に対応することができる。この際、負荷変動する範囲を見積もって、十分な一定粘性をもった減衰器を取り付けることも可能であるが、その粘性を可変にすることによって回復に要する時間を短縮することができる。
【0037】
次に、第2関節部に設けられた柔軟関節の機構についてさらに詳0細に説明する。
【0038】
本願第2関節部は、図6に示すように、回転系バネ(8)と均一系ER流体を用いたクラッチ(6)とから構成される。
【0039】
図3には、本発明で用いた回転系バネ(8)における回転角度とトルクの関係が示される。この回転バネ(8)は、図に示すように、小さい角度においてはトルクが小さく、大きい角度になるほどトルクが大きくなるような非線形バネとして作用する。この非線形バネ作用は、「ケース2」の初期段階で発生する接触力及び衝突力を軽減し、「ケース3」から「ケース1」への状態復帰を確実に行うことができる効果がある。
【0040】
本発明では、均一系ER流体をクラッチの作動流体として使用する。クラッチの作動流体として均一系ER流体を使用する理由は次のとおりである。一つには、「ケース2」によるトルク制御とケース3の振動制御の双方に対して扱いやすいこと、二つ目には、故障により電界が印加され続けても、アームの関節を低速度で回転させれば、小さい接触力で回避することができること、さらに、粒子の沈降がないことである。
【0041】
図4には、ER流体を用いたクラッチ(6)の概要図が一例として示される。
【0042】
ハウジング(61)にハウジング(61)を貫通し外方に突出する入力軸(71)と出力軸(7)が、ボールベアリング(63)(64)により軸支される。ハウジング(61)内に収容された電極と電極の間にER流体等の機能性流体(62)が封入されている。また、ハウジング(61)には電極の電流を制御するためスリップリング部(65)(66)を備える。
【0043】
図5は、図4に示すER流体を用いたクラッチの回転速度とトルク出力の関係を示している。この図から明らかなように、本願ERクラッチ(6)は、回転速度の上昇に対する出力トルクの増加が実現されており、また磁界の変化に応じては、その粘性係数も変化している。したがって、この特性を利用すれば、回転速度と磁界を変化させることができ、これによって、粘性係数の変化及びトルクの制御を行うことができる。
【0044】
これらのマニピュレータの制御システムを図6に示す。
【0045】
剛性の高いモータ(2)によって駆動される第1関節部と、駆動部がなく、ER流体クラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される第2関節部を備えた2リンク柔軟関節マニピュレータは、制御装置(13)により第1関節部の出力軸(3)駆動用のモータ(2)、ドライバ(10)を介して制御、駆動される。
【0046】
制御装置(13)は、角度センサ(11)により検出した第1関節部及び第2関節部の角度信号、力センサ(12)により検出した第2リンク(5)の人体等との接触による接触力信号、及びロードセル(9)により検出したERクラッチ(6)において発生した粘性トルク信号を受けて演算し、一方では高電圧アンプ(14)を介してERクラッチ(6)をフィードバック制御して、クラッチの粘性係数を制御し、他方ではドライバ(10)を介してギア機構内蔵モータ(2)をフィードバック制御する。
<ケース1の場合>外部環境の干渉が生じない場合の作用
図7に示すように、目標値を設定して各リンクを駆動し、その際安定的な粘性係数に設定する。最初許容加速度判別工程において、リンクによる運搬物の移動が許容加速度未満であって、外部環境との接触もない場合には、粘性条件修復制御工程は省略され、アーム振動制御工程に進む。
<ケース2の場合>マニピュレータが外部環境と干渉している場合の作用
なお、許容加速度判別工程において、リンクによる運搬物の移動が許容加速度を超過した場合には、粘性条件修復制御工程が継続実行され、コンピュータにより適切な司令電圧がアンプを経てERクラッチに印加して粘性を制御する。その後、設定された条件との比較において、満足することになると、次のアーム振動抑制制御工程へと導かれ、先のアーム振動制御工程における作用が実行される。
<ケース3の場合>外部環境からの回避後、バネにより大きく振動する場合の作用
アーム振動抑制制御工程でアーム振動がない場合は、目標へ到達するまで駆動され、到達していなければ元へ戻って繰り返されるが、到達した時点で各リンクの駆動は停止する。一方、アーム振動が有る場合には、ERクラッチの粘性減衰トルクを設定制御した状態で、目標値へ到達するまでリンクを駆動する。このとき、前述と同様に、到達した時点で各リンクの駆動を停止し、到達していなければ元へ戻って繰り返す。
【0047】
以上から、本願マニピュレータは、各ケース毎に以下の手順に沿って制御される。
(1)第2リンクが外部環境と接触した状態から、第1関節がモータによって回転される。
(2)第1関節部の角度は、モータに備え付けられたエンコーダによって計測される。
【0048】
また、第2関節部の回転角度及び外力はそれぞれ、関節部に設置された回転角度センサ及びリンクに設置された力センサによって計測される。
【0049】
さらに、ERクラッチの粘性トルクはクラッチ出力軸に取付けられたロードセルによって計測される。
(3)それぞれ計測された値をパーソナルコンピュータ(PC)に取り込み、次の電圧を計算する。
(4)高電圧アンプによって昇圧された制御電圧を、ERクラッチに印加することで、クラッチの粘性係数が制御される。
【0050】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、関節に復帰用バネと機能性流体で構成された柔軟機構を適用することによって、アクチュエータによるマニピュレータの急激な加速度の変動を吸収することができ、また、急激ではないものの、関節が外部環境と接触したときには、その外部環境を滑りながら回転して、目標位置に到達することができる。
【0051】
また、機能性流体を用いていることによって、セミアクティブ機構が実現され、外部環境への回避および接触が安全に遂行される。
【0052】
さらに、関節をセミアクティブ機構にすることによって、柔軟関節に起因する運搬物の質量の大小による振動特性の違いや衝突時における外部環境の性質、機械的インピーダンス、人間の感覚閾値、対象物の破壊閾値に適応してトルクを制御することができる。
【0053】
そして、機能性流体のトルクを可変にすることによって、確実な作業が求められるため比較的高トルクである「運搬作業状態」とトルクの適切な緩和が必要とされる「外部環境への接触状態」等、各状態を判断して各状態に対応したトルクを適切に制御することができる。
【0054】
この出願の発明によれば、機能性流体を用いた装置と、中立位置復帰手段のみで構成されるため、簡単な構造で関節を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明のロボットマニピュレータの概略図を示し、(a)は2リンクマニピュレータの全体的概要図を示し、(b)は部分的拡大模式図を示す。
【図2】本願発明の柔軟関節を有するロボットマニピュレータの挙動を示す。
【図3】本願発明の回転バネにおける回転角度とトルクの関係を示す。
【図4】本願発明のERクラッチの詳細図を示す
【図5】各電界値におけるERクラッチの回転角度とトルクの関係をそれぞれ示す。
【図6】本願発明のマニピュレータの実験システムを示す。
【図7】マニピュレータを実行する場合のフローチャートを示す。
【符号の説明】
1 支持台
2 ギア機構内蔵モータ
3 出力軸
4 第1リンク
5 2リンク
5a 延長端
6 ERクラッチ
7 出力軸
71 入力軸
8 中立位置復帰手段
9 ロードセル
10 ドライバ
11 角度センサ
12 力センサ
13 制御装置
P/C パソコン
61 ハウジング
62 機能性流体
63 ボールベアリング
64 ボールベアリング
65 スリップリング部
66 スリップリング部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a robot manipulator, which is also used in the same area as a human, and relates to a flexible joint using a functional fluid, and more particularly, a part of the joint is provided with a neutral position return means. The present invention relates to a robot manipulator constituted by a device using a functional fluid having a semi-active function.
[0002]
[Prior art]
Research that requires cooperative activities with humans has been actively conducted, and establishment of a cooperative system between humans and robots has been studied. Since the robot exists in the same area as a human, the robot is placed in an environment where both interferences such as contact and collision must be assumed.
[0003]
Under such an environment, a conventional robot manipulator is required to use a highly rigid actuator (such as a motor using a gear having a high reduction ratio) due to a demand for precise control. The use of this highly rigid actuator has the following problems.
[0004]
For one thing, when moving delicate goods (such as water in a glass, dishes on a tray, etc.) The actuator must be moved slowly so that no speed occurs. For this reason, the operating speed has been restricted. Also, if the external environment (humans, structures, etc.) suddenly enters the planned orbit of the manipulator, the manipulator will collide violently with the external environment, so the mass inside the conveyed object will move violently, and delicate objects will move. Can not. For this reason, the manipulator is subject to restrictions as applied environmental conditions. In addition, if the external environment (humans, structures, etc.) suddenly enters the planned orbit of the manipulator, or if the manipulator stops due to a power outage, failure, or the like during joint work with the manipulator, the manipulator is a non-back driver. It is a mechanism that is difficult to push the external environment while colliding with the external environment, and it is not possible to safely reach the target position. For this reason, there has been a problem in reliability in ensuring safety and reliability of operation. Furthermore, when the external environment (humans, structures, etc.) suddenly enters the planned trajectory of the manipulator, the manipulator becomes a non-back drivable mechanism, and when the external environment (humans, structures, etc.) comes into contact. It is difficult to instantaneously reduce the collision force and the contact force. For this reason, improvement was required to ensure the safety of the human body.
[0005]
Further, as a conventional technology in consideration of safety, there is a technology in which a safety device such as a torque limiter (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-003951) is incorporated in a joint. However, these also cause the following problems.
(1) When severe vibration occurs, a sufficient damping force cannot be obtained by the torque limiter, and the vibration cannot be suppressed. Therefore, it has been desired to improve the operation characteristics.
(2) When a torque limiter is used, each of the "transportation work state" (relatively high torque because reliable work is required) and "contact with the external environment" (appropriate relaxation of torque) is required. The torque cannot be properly controlled by judging the state. For this reason, a problem remains in performing torque control adapted to various operating states.
(3) When the vehicle collides with the external environment, the mass inside the conveyed object moves violently due to the excessive decrease in the damping force of the torque limiter, and the delicate conveyed object cannot move. For this reason, the application range is restricted.
(4) When a torque limiter is used, the torque cannot be controlled in accordance with the difference in vibration characteristics depending on the magnitude of the mass of the conveyed object and the properties of the external environment (mechanical impedance, pain threshold, destruction threshold). For this reason, a problem remains in performing torque control adapted to various operating states.
(5) The anisotropic damper used for the torque limiter requires a complicated configuration, and is likely to cause a failure. Therefore, there is a problem in simplifying the structure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The invention of this application is to solve the above problem, the problem of the vibration of the contact force with the external environment such as the human body, and the neutral position return means and the semi-active function when the manipulator comes into contact with the external environment. A part of the joint constituted by the device using the functional fluid having the function of reducing the contact force and the impact force with the external environment due to the effect of the functional fluid, and the inside of the conveyed object generated by the impact with the external environment An object of the present invention is to provide a robot manipulator capable of avoiding a steep movement of a heavy movement of a cell.
[0007]
It is still another object of the present invention to provide a system that performs torque control of a manipulator joint based on a threshold value of pain tolerance to a human body so as not to harm the human body and other external environmental objects.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application has been achieved after finding that the following mechanism is required to solve the above problems.
(1) A kinetic energy dissipating mechanism is required in a part of the joint in order to suppress rapid fluctuation of the acceleration of the manipulator.
(2) When an external environment (human, etc.) suddenly enters the planned trajectory of the manipulator, it is necessary to provide a flexible mechanism on a part of the link so that the joint becomes back drivable. In addition, a return spring is required to reach the target position.
(3) A semi-active mechanism is required so that avoidance and contact with the external environment can be performed safely.
(4) Torque is determined by judging each state such as "transportation work state" (relatively high torque because reliable work is required) and "contact with external environment" (appropriate relaxation of torque). It needs to be properly controlled.
(5) When the manipulator comes into contact with the external environment, a mechanism and a system that can control the torque are required in order to promote the relaxation of the impact force and the contact force to the external environment.
(6) A semi-active mechanism is used to control the torque according to the difference in vibration characteristics depending on the mass of the conveyed object and the nature of the external environment (mechanical impedance, human pain threshold, target object destruction threshold). is necessary.
(7) The structure must be simple.
As described above, the invention of this application firstly includes a flexible joint composed of a device using a functional fluid having a semi-active function and a neutral position return unit in a part of a joint, and the manipulator is connected to an external environment. The present invention provides a robot manipulator (Claim 1) characterized in that, when the flexible manipulator comes into contact with the flexible joint, a part of the joint can be bent while relaxing the contact force and the impact force between the two. is there.
[0009]
The invention of this application is further embodied in an apparatus using a functional fluid having a semi-active function, in which the robot manipulator is configured as a two-link manipulator and forms a flexible joint provided in the second joint part. Using a clutch that uses ER fluid, and using a non-linear spring for the neutral position return means, and applying an electric or magnetic field to the functional fluid, the difference in vibration characteristics due to the magnitude of the mass of the conveyed object and the mechanical impedance of the external environment The joint torque can be semi-actively controlled according to the human pain threshold and the destruction threshold of the object (Claim 2), and the neutral position returning means is a coil spring or a tension spring (Claim 3). ) To provide a robot manipulator.
[0010]
Secondly, the invention of this application provides, as a control system for controlling the robot manipulator, a flexible joint having a flexible joint comprising a neutral position returning means and a device using a functional fluid having a semi-active function. A two-link robot manipulator, a link driving device that changes the torque of a part of a joint constituted by a functional fluid, and enables a two-link robot manipulator to be transported, and a stable viscosity coefficient set by a link. During the transport work, the allowable acceleration determination device that determines the allowable acceleration of the load, and when the load exceeds the allowable acceleration, or when the contact with the external environment of the manipulator is sensed, the status is appropriately determined and set. Condition repair controller that performs appropriate control to restore to viscous conditions, and manipulators that are avoided from the external environment When the spring restoring provides a control system 2 link robotic manipulator, characterized in that it comprises a suppressing arm vibration suppression control vibration of the arm (claim 4).
[0011]
Furthermore, the invention of this application embodies each device in the control system, and has a flexible joint composed only of a first joint and an ER clutch using a functional fluid having a semi-active function and a soft spring. A plurality of links that constitute a manipulator with a second joint; a highly rigid motor that drives the first joint via a driver; a high-voltage amplifier that controls the second joint; Each angle sensor for detecting the angle of two joints, a force sensor installed on the second link, a load cell for detecting the acceleration received by the ER clutch, and receiving and calculating each detection signal, via the driver and the high voltage amplifier unit The present invention also provides a control system for a robot manipulator comprising a control device for controlling a motor and an ER clutch.
[0012]
Hereinafter, the invention of this application will be described in more detail.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention of this application will be described.
The robot manipulator is configured as a two-link manipulator, but is not limited to two links, and can be implemented with more links.
[0014]
Devices that use a functional fluid with semi-active functionality that is incorporated into a portion of a joint can utilize an ER clutch. Here, as the functional fluid having the semi-active function, not only the ER fluid but also other functional fluids such as an MR fluid and a magnetic fluid can be applied.
[0015]
As for the neutral position returning means incorporated in a part of the joint, a non-linear spring may be used, and a coil spring or a tension spring may be used as the shape. When the extension of the second link is longer than the joint of the first link, a compression spring can be used because of the coupling structure between the tip of the extension of the second link and the joint of the first link.
The neutral position return means is a neutral position return means that acts to always return the bendable link to the neutral position, and may include an actuator with a small torque.
[0016]
Semi-active joint torque control by applying an electric or magnetic field to a functional fluid adapts to differences in vibration characteristics due to the magnitude of the mass of the carried object, mechanical impedance of the external environment, human pain threshold, and destruction threshold of the object Then, it can be controlled appropriately.
[0017]
Hereinafter, the invention of this application will be described in more detail with reference to the drawings.
[0018]
【Example】
The flexible joint manipulator using the functional fluid according to the invention of this application is configured as a simple two-link manipulator having a first joint and a second joint. The first joint is driven by a motor (actuator) having high rigidity, and the second joint is not provided with a driving unit, and is constituted only by a clutch using ER fluid and a soft spring.
[0019]
In the two-link manipulator of the invention of this application, as shown in FIGS. 1 and 6, the first link (4) is connected to the output shaft (3) of the motor (2) with a built-in gear mechanism installed on the support (1). Pivotally, the second link (5) is pivotally supported at one end of an output shaft (7) of an ER clutch (6) installed on the first link (4). In a two-link manipulator comprising a first link (4) and a second link (5) pivotally supported at one end of the first link (4), between the first link (4) and the second link (5). A spring (8) is interposed, and the second link (5) is mounted so as to be positioned and urged in a predetermined direction that is the longitudinal direction of the first link (4).
[0020]
An angle sensor (11) is installed at the tip of the output shaft (3) to detect the angle of the first joint. An angle sensor (11) is also installed at the tip of the output shaft (7), and the second joint is To detect the angle.
[0021]
A force sensor (12) is provided on the second link (5), and detects a contact force when the second link (5) comes into contact with a human body or an external environment body.
[0022]
A load cell (9) is provided at the other end of the output shaft (7) of the ER clutch (6), and a viscous torque generated between the ER clutch (6) and the first link (4) is detected.
[0023]
The control device (13) includes a personal computer (P / C), and detects the angle of the first joint and the angle of the second joint detected by the angle sensors (11) and (11), and the viscosity detected by the load cell (9). It receives and calculates a contact force detection signal detected by a torque and force sensor (12), applies a control voltage boosted via a high voltage amplifier (14) to an ER clutch (6), and applies a viscosity coefficient of the clutch. Control.
[0024]
The driver (10) is a drive mechanism for controlling the gear mechanism built-in motor (2).
[0025]
In the invention of this application, an ER fluid can be used as one of the functional fluids used for controlling the torque of the second joint of the flexible joint manipulator, and a non-linear spring is used as an example using the neutral position return means. Can be used.
[0026]
In the invention of this application, the ER fluid is a fluid whose viscosity is reversibly changed by application of an electric field, and is expected to be mainly applied to devices such as vibration system dampers and force senses, and does not generate external force by itself. Paying attention to having a function as a semi-active device, when applied to the operating mechanism of the manipulator of the present invention, a highly safe system can be constructed.
[0027]
In the invention of this application, a flexible joint mechanism is formed at a part of a joint of a robot manipulator by a device using a neutral position returning means and a functional fluid having a semi-active function. Can take three kinds of behaviors, Case 1, Case 2, and Case 3, as shown in FIG. 2, according to its role and state in use.
[0028]
Case 1” in FIG. 2A schematically illustrates the behavior of the manipulator when interference from an external environment (a human, a delicate object, or the like) does not occur or does not occur. In this case, the number of joints effective for the work is reduced by the number of flexible joints. Therefore, this manipulator apparently functions as one link.
[0029]
Here, assuming a load attached to the link tip, a sudden increase in acceleration of the load can be suppressed by the energy dissipating action of the second joint. Therefore, it is effective for transporting a delicate object, such as a cup filled with water, that does not want the mass inside the transported object to move violently.
[0030]
Next, “Case 2” in FIG. 2B schematically shows the behavior when the manipulator is interfering with the external environment (human, delicate target, etc.) (M).
[0031]
This behavior is such that the moment the manipulator comes into contact with the external environment (M), the second joint is bent. This not only reduces the contact force between the manipulator and the external environment (M), but also keeps driving the first joint so that the second link (5) slides around the external environment (M). Acts to avoid.
[0032]
In this case, by controlling the torque of the ER fluid by the high voltage amplifier (14), the torque can be controlled in accordance with the properties of the external environment (M), for example, the mechanical impedance, the pain threshold, and the destruction threshold.
[0033]
Here, when transitioning from case 1 to case 2, a collision occurs between the external environment (M) and the manipulator at the initial stage. This collision force is caused by the action of a non-linear spring described later and the viscosity of the ER fluid. Is mitigated by being absorbed by the energy dissipating action of Even when moving a delicate cargo, it is also possible to control the viscosity of the ER fluid so that damage to the cargo is minimized in the event of a collision.
[0034]
Finally, “Case 3” in FIG. 2C schematically shows the behavior of the link 2 that attempts to restore the state of the case 1 by a spring after the link 2 has been avoided from the external environment (M).
[0035]
This behavior appears as a large vibration due to the effect of the spring (8) and the mass of the second joint. For this reason, it is necessary to consider the damping action due to the damping of the second joint, and the present invention makes it possible to control this vibration by the viscous damping effect of the ER fluid of the second joint. It is.
[0036]
Furthermore, when the transported goods fluctuate, for example, when carrying juice in a glass or a bowl on a tray, the container will move and spill because it exceeds a certain acceleration, but in such a case, To prevent spillage, the viscosity of the ER fluid is controlled so that it can respond to the movement of the center of gravity (related to the fluctuation of the moment of inertia) when the internal mass moves. Can be adapted. In addition, when the weight of the conveyed object changes (load change), the critical damping coefficient of the joint for the vibration control changes. This case can be easily coped with by changing the viscosity of the ER fluid. At this time, it is possible to attach an attenuator having a sufficiently constant viscosity by estimating the range in which the load fluctuates, but by making the viscosity variable, the time required for recovery can be shortened.
[0037]
Next, the mechanism of the flexible joint provided in the second joint will be described in more detail.
[0038]
As shown in FIG. 6, the second joint of the present application includes a rotary spring (8) and a clutch (6) using a uniform ER fluid.
[0039]
FIG. 3 shows the relationship between the rotation angle and the torque in the rotation system spring (8) used in the present invention. As shown in the drawing, the rotary spring (8) acts as a non-linear spring such that the torque is small at a small angle, and the torque increases as the angle increases. This non-linear spring action has the effect of reducing the contact force and the collision force generated in the initial stage of “Case 2”, and reliably returning the state from “Case 3” to “Case 1”.
[0040]
In the present invention, the homogeneous ER fluid is used as the working fluid of the clutch. The reason why the homogeneous ER fluid is used as the working fluid of the clutch is as follows. One is that it is easy to handle both the torque control by “Case 2” and the vibration control of Case 3, and the second is that the joints of the arm can be operated at a low speed even if the electric field continues to be applied due to a failure. If rotated, it can be avoided with a small contact force, and there is no settling of particles.
[0041]
FIG. 4 shows a schematic view of a clutch (6) using an ER fluid as an example.
[0042]
An input shaft (71) and an output shaft (7) that penetrate the housing (61) and protrude outward through the housing (61) are supported by ball bearings (63) and (64). A functional fluid (62) such as an ER fluid is sealed between the electrodes housed in the housing (61). The housing (61) is provided with slip ring portions (65) (66) for controlling the current of the electrodes.
[0043]
FIG. 5 shows the relationship between the rotational speed and the torque output of the clutch using the ER fluid shown in FIG. As is clear from this figure, the output torque of the ER clutch (6) according to the present invention is increased with an increase in the rotation speed, and the viscosity coefficient changes in accordance with a change in the magnetic field. Therefore, if this characteristic is used, the rotation speed and the magnetic field can be changed, whereby the change in the viscosity coefficient and the control of the torque can be performed.
[0044]
FIG. 6 shows a control system of these manipulators.
[0045]
A two-link flexible joint manipulator having a first joint driven by a motor having high rigidity (2) and a second joint having no drive and constituted only by an ER fluid clutch and a soft spring is provided by a control device ( 13) is controlled and driven via a motor (2) for driving the output shaft (3) of the first joint and a driver (10).
[0046]
The control device (13) includes an angle signal of the first joint and the second joint detected by the angle sensor (11), and a contact of the second link (5) detected by the force sensor (12) with a human body or the like. The calculation is performed in response to the force signal and the viscous torque signal generated in the ER clutch (6) detected by the load cell (9), and on the other hand, the ER clutch (6) is feedback-controlled through the high voltage amplifier (14), The viscosity coefficient of the clutch is controlled, and the motor (2) with a built-in gear mechanism is feedback-controlled via the driver (10).
<Case 1> Operation when interference from external environment does not occur As shown in FIG. 7, a target value is set, each link is driven, and a stable viscosity coefficient is set at that time. First, in the allowable acceleration determination step, if the movement of the conveyed object by the link is less than the allowable acceleration and there is no contact with the external environment, the viscous condition restoration control step is omitted and the process proceeds to the arm vibration control step.
<Case 2> Operation when manipulator is interfering with the external environment In the allowable acceleration determination step, if the movement of the load by the link exceeds the allowable acceleration, the viscous condition restoration control step is continuously executed. Then, an appropriate command voltage is applied by a computer to the ER clutch via an amplifier to control the viscosity. Thereafter, when the condition is satisfied in comparison with the set conditions, the process is led to the next arm vibration suppression control process, and the operation in the previous arm vibration control process is executed.
<Case 3> After avoiding the external environment, when the arm is not vibrated in the operation arm vibration suppression control step where the vibration is largely caused by the spring, the arm is driven until the target is reached. At this point, the driving of each link is stopped. On the other hand, when there is arm vibration, the link is driven until the target value is reached in a state where the viscous damping torque of the ER clutch is set and controlled. At this time, in the same manner as described above, the drive of each link is stopped at the time of arrival, and if it has not reached, it returns to the original position and repeats.
[0047]
From the above, the manipulator of the present application is controlled according to the following procedure for each case.
(1) The first joint is rotated by the motor while the second link is in contact with the external environment.
(2) The angle of the first joint is measured by an encoder provided on the motor.
[0048]
The rotation angle and the external force of the second joint are measured by a rotation angle sensor installed on the joint and a force sensor installed on the link, respectively.
[0049]
Further, the viscous torque of the ER clutch is measured by a load cell attached to the clutch output shaft.
(3) The measured values are taken into a personal computer (PC) and the next voltage is calculated.
(4) The viscosity coefficient of the clutch is controlled by applying the control voltage boosted by the high-voltage amplifier to the ER clutch.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of this application, a sudden change in acceleration of a manipulator by an actuator can be absorbed by applying a flexible mechanism constituted by a return spring and a functional fluid to a joint. However, when the joint comes into contact with the external environment, the joint can rotate while sliding on the external environment to reach the target position.
[0051]
Further, by using the functional fluid, a semi-active mechanism is realized, and avoidance and contact with the external environment are safely performed.
[0052]
Furthermore, by making the joint a semi-active mechanism, differences in vibration characteristics due to the magnitude of the mass of the conveyed object caused by the flexible joint, the nature of the external environment at the time of collision, mechanical impedance, human sense threshold, destruction of the object The torque can be controlled according to the threshold value.
[0053]
By making the torque of the functional fluid variable, a reliable operation is required, so the "transportation operation state", which is a relatively high torque, and the "contact state to the external environment," where appropriate relaxation of the torque is required. And the like, and the torque corresponding to each state can be appropriately controlled.
[0054]
According to the invention of this application, the joint can be assembled with a simple structure because it is constituted only by the device using the functional fluid and the neutral position return means.
[Brief description of the drawings]
1 shows a schematic view of a robot manipulator of the present invention, (a) shows an overall schematic view of a two-link manipulator, and (b) shows a partially enlarged schematic view.
FIG. 2 shows the behavior of a robot manipulator having a flexible joint according to the present invention.
FIG. 3 shows a relationship between a rotation angle and a torque in the rotary spring of the present invention.
FIG. 4 shows a detailed view of the ER clutch of the present invention. FIG. 5 shows the relationship between the rotation angle of the ER clutch and the torque at each electric field value.
FIG. 6 shows an experimental system of the manipulator of the present invention.
FIG. 7 shows a flowchart when the manipulator is executed.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 support base 2 motor with built-in gear mechanism 3 output shaft 4 first link 5 2 link 5a extended end 6 ER clutch 7 output shaft 71 input shaft 8 neutral position return means 9 load cell 10 driver 11 angle sensor 12 force sensor 13 controller
P / C PC 61 Housing 62 Functional fluid 63 Ball bearing 64 Ball bearing 65 Slip ring section 66 Slip ring section

Claims (5)

関節の一部に、セミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置と中立位置復帰手段とから構成した柔軟関節を備え、マニピュレータが外部環境と接触した時、上記柔軟関節によって、両者間の接触力および衝撃力を緩和しながら前記関節の一部の折れ曲がりを可能にしたことを特徴とするロボットマニピュレータ。A part of the joint is provided with a flexible joint composed of a device using a functional fluid having a semi-active function and a neutral position return means, and when the manipulator comes into contact with an external environment, the flexible joint makes contact between the two. A robot manipulator wherein a part of the joint can be bent while reducing a force and an impact force. 請求項1において、ロボットマニピュレータが2リンクマニピュレータとして構成され、その第2関節部に設けられた柔軟関節を構成するセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置にER流体を用いたクラッチを用い、且つ中立位置復帰手段に非線形バネを用い、機能性流体に電界又は磁界を印加することによって、運搬物の質量の大小による振動特性の違いや外部環境の機械インピーダンス、人間の痛覚閾値、対象物の破壊閾値に適応して、セミアクティブに関節トルクを制御可能としたことを特徴とするロボットマニピュレータ。2. The device according to claim 1, wherein the robot manipulator is configured as a two-link manipulator, and a clutch using an ER fluid is used in a device using a functional fluid having a semi-active function and constituting a flexible joint provided in a second joint part thereof. By using a non-linear spring as the neutral position return means and applying an electric field or magnetic field to the functional fluid, differences in vibration characteristics due to the magnitude of the mass of the conveyed object, mechanical impedance of the external environment, human pain threshold, object A robot manipulator characterized in that the joint torque can be semi-actively controlled in accordance with the destruction threshold of the robot. 請求項1又は2において、中立位置復帰手段がコイルバネ又は引張バネであることを特徴とするロボットマニピュレータ。3. The robot manipulator according to claim 1, wherein the neutral position returning unit is a coil spring or a tension spring. 中立位置復帰手段とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いた装置とからなる柔軟関節を備えた柔軟関節2リンクロボットマニピュレータと、機能性流体によって構成された関節の一部のトルクを可変とし且つ、2リンクロボットマニピュレータの運搬作業を可能とするリンク駆動装置と、リンクによる安定的な粘性係数の設定下で運搬作業中、運搬物の許容加速度を判別する許容加速度判別装置と、運搬物が許容加速度を超過した時、又はマニピュレータの外部環境と接触を感知したとき、適宜その状況を判断して設定された粘性条件に修復するため適切に制御を行う粘性条件修復制御装置と、外部環境から回避したマニピュレータのバネ復元した時、アームの振動を抑制するアーム振動抑制制御装置を含むことを特徴とする2リンクロボットマニピュレータの制御システム。A flexible joint two-link robot manipulator having a flexible joint comprising a neutral position return means and a device using a functional fluid having a semi-active function, and a torque of a part of the joint constituted by the functional fluid being variable and , A link drive device that can carry the work of the two-link robot manipulator, a permissible acceleration discriminator that determines the permissible acceleration of the conveyed object during the convey operation while setting the stable viscosity coefficient by the link, When acceleration is exceeded or when contact with the external environment of the manipulator is detected, a viscous condition restoration control device that appropriately determines the situation and performs appropriate control to restore the set viscous condition, and avoids from the external environment An arm vibration suppression control device for suppressing the vibration of the arm when the spring of the manipulator is restored. Control system of the robot manipulator. 請求項4において、第1関節部とセミアクティブ機能を有する機能性流体を用いたERクラッチ及び柔かいバネによってのみ構成される柔軟関節を有した第2関節部を備えてマニピュレータを構成する複数のリンクと、第1関節部をドライバを介して駆動する剛性の高いモータと、第2関節部を制御する高電圧アンプと、第1関節及び第2関節の角度を検知する各角度センサと、第2リンクに設置の力センサと、ERクラッチの受ける加速度を検知するロードセルと、各検知信号を受けて演算し、ドライバ及び高電圧アンプ部を介して、モータ及びERクラッチを制御する制御装置を備えたことを特徴とするロボットマニピュレータの制御システム。5. The plurality of links according to claim 4, comprising a first joint and an ER clutch using a functional fluid having a semi-active function and a second joint having a flexible joint formed only by a soft spring. A high-rigidity motor for driving the first joint via a driver, a high-voltage amplifier for controlling the second joint, angle sensors for detecting the angles of the first joint and the second joint, A force sensor installed on the link, a load cell that detects the acceleration received by the ER clutch, and a control device that receives and calculates each detection signal and controls the motor and the ER clutch via a driver and a high-voltage amplifier unit are provided. A control system for a robot manipulator, characterized in that:
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100631343B1 (en) 2005-08-11 2006-10-09 고려대학교 산학협력단 Shock-absorbing device and shaft having the same
WO2007018412A1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 Korea University Industry and Academy Cooperation Foundation Safety unit and safety device with the same
US7558647B2 (en) 2006-01-13 2009-07-07 Panasonic Corporation Device and method for controlling robot arm, robot and program based on object-dependent impedance
JP2013220496A (en) * 2012-04-13 2013-10-28 Honda Motor Co Ltd Power transmission device
US8733207B2 (en) 2011-03-23 2014-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of driving joint device
JP2014121754A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd Control apparatus of linkage
JP2014121761A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd Linkage
JP2014133278A (en) * 2013-01-09 2014-07-24 Honda Motor Co Ltd Link mechanism
JP2022016461A (en) * 2016-11-11 2022-01-21 サルコス コーポレーション Clutch type joint module of robot system
KR20230029289A (en) * 2021-08-24 2023-03-03 김진석 Robot hand for humanoid
US11679511B2 (en) 2018-12-31 2023-06-20 Sarcos Corp. Robotic end effector with dorsally supported actuation mechanism
US11717956B1 (en) 2022-08-29 2023-08-08 Sarcos Corp. Robotic joint system with integrated safety
US11759944B2 (en) 2016-11-11 2023-09-19 Sarcos Corp. Tunable actuator joint modules having energy recovering quasi- passive elastic actuators with internal valve arrangements
CN116834065A (en) * 2023-07-20 2023-10-03 中国地质大学(武汉) Rigid-flexible coupling type mechanical arm with two plane connecting rods
US11772283B2 (en) 2016-11-11 2023-10-03 Sarcos Corp. Clutched joint modules having a quasi-passive elastic actuator for a robotic assembly
US11826907B1 (en) 2022-08-17 2023-11-28 Sarcos Corp. Robotic joint system with length adapter
US11833676B2 (en) 2020-12-07 2023-12-05 Sarcos Corp. Combining sensor output data to prevent unsafe operation of an exoskeleton
US11897132B1 (en) 2022-11-17 2024-02-13 Sarcos Corp. Systems and methods for redundant network communication in a robot
US11924023B1 (en) 2022-11-17 2024-03-05 Sarcos Corp. Systems and methods for redundant network communication in a robot

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100631343B1 (en) 2005-08-11 2006-10-09 고려대학교 산학협력단 Shock-absorbing device and shaft having the same
WO2007018412A1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 Korea University Industry and Academy Cooperation Foundation Safety unit and safety device with the same
US8230754B2 (en) 2005-08-11 2012-07-31 Korea University Industry and Academy Cooperation Foundation Safety unit and safety device with the same
US7558647B2 (en) 2006-01-13 2009-07-07 Panasonic Corporation Device and method for controlling robot arm, robot and program based on object-dependent impedance
US8733207B2 (en) 2011-03-23 2014-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of driving joint device
JP2013220496A (en) * 2012-04-13 2013-10-28 Honda Motor Co Ltd Power transmission device
JP2014121754A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd Control apparatus of linkage
JP2014121761A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd Linkage
JP2014133278A (en) * 2013-01-09 2014-07-24 Honda Motor Co Ltd Link mechanism
JP2022016461A (en) * 2016-11-11 2022-01-21 サルコス コーポレーション Clutch type joint module of robot system
US11926044B2 (en) 2016-11-11 2024-03-12 Sarcos Corp. Clutched joint modules having a quasi-passive elastic actuator for a robotic assembly
JP7393407B2 (en) 2016-11-11 2023-12-06 サルコス コーポレーション Clutch type joint module for robot system
US11772283B2 (en) 2016-11-11 2023-10-03 Sarcos Corp. Clutched joint modules having a quasi-passive elastic actuator for a robotic assembly
US11759944B2 (en) 2016-11-11 2023-09-19 Sarcos Corp. Tunable actuator joint modules having energy recovering quasi- passive elastic actuators with internal valve arrangements
US11679511B2 (en) 2018-12-31 2023-06-20 Sarcos Corp. Robotic end effector with dorsally supported actuation mechanism
US11833676B2 (en) 2020-12-07 2023-12-05 Sarcos Corp. Combining sensor output data to prevent unsafe operation of an exoskeleton
KR102567980B1 (en) * 2021-08-24 2023-08-17 김진석 Robot hand for humanoid
KR20230029289A (en) * 2021-08-24 2023-03-03 김진석 Robot hand for humanoid
US11826907B1 (en) 2022-08-17 2023-11-28 Sarcos Corp. Robotic joint system with length adapter
US11717956B1 (en) 2022-08-29 2023-08-08 Sarcos Corp. Robotic joint system with integrated safety
US11897132B1 (en) 2022-11-17 2024-02-13 Sarcos Corp. Systems and methods for redundant network communication in a robot
US11924023B1 (en) 2022-11-17 2024-03-05 Sarcos Corp. Systems and methods for redundant network communication in a robot
CN116834065A (en) * 2023-07-20 2023-10-03 中国地质大学(武汉) Rigid-flexible coupling type mechanical arm with two plane connecting rods
CN116834065B (en) * 2023-07-20 2024-02-13 中国地质大学(武汉) Rigid-flexible coupling type mechanical arm with two plane connecting rods

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