JP2007015029A - Manipulator and articulated driving mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、関節を有するマニプレータ及び多関節駆動機構に関する。 The present invention relates to a manipulator having a joint and a multi-joint drive mechanism.
この種のマニプレータとしては、特許文献1に記載のものがある。ここでは、複数のアームをそれぞれの関節を介して連結しており、各アームの駆動に際し、相互に連結された各アーム間の角度を所定の狭角以上に維持して、該各アーム間に作業者の腕等が挟み込まれない様にしている。
There exists a thing of
また、非特許文献1には、4脚作業移動ロボットの動作として、各脚を使って物体の把持を行うという研究が開示されている。
ところで、特許文献1のマニプレータにグリッパを設けるとするならば、最も先端側のアームにグリッパを格別に装着することになる。また、非特許文献1の4脚作業移動ロボットは、グリッパそのものであると言えるがグリッパ機能は複数の脚を使用するためグリッパ機能の使用中は歩行移動ができず、グリッパ機能と本来の歩行機能とを同時利用できない制約があった。
By the way, if the manipulator of
従って、アームとグリッパが共に必要であるならば、アームの機構とグリッパの機構を併設し、これらの機構の制御を別々に行う必要があった。 Therefore, if both an arm and a gripper are required, it is necessary to provide an arm mechanism and a gripper mechanism and to control these mechanisms separately.
一方、本願発明の発明者等は、見方を変えて、特許文献1の様な各アーム間の角度を充分に狭くすれば、物を挟み込むグリッパの機能に近くなることに気付いた。そして、この様に各アームをグリッパとしても利用することができるならば、アームの機構だけでグリッパをも実現し得ると推考した。
On the other hand, the inventors of the present invention have noticed that if the angle between the arms as in
しかしながら、この様に各アームをグリッパとしても利用するという技術思想は、これまでになかった。また、各アームの動作に支障を来たさない様に、各アームをグリッパとしても利用し得る構成が必要であった。 However, there has never been a technical idea of using each arm as a gripper in this way. In addition, a configuration in which each arm can be used as a gripper is also required so as not to hinder the operation of each arm.
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、各アームの動作に支障を来たさない様に、各アームをグリッパとしても利用することが可能なマニプレータ及び多関節駆動機構を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a manipulator and a multi-joint that can use each arm also as a gripper so as not to hinder the operation of each arm. An object is to provide a drive mechanism.
上記課題を解決するために、本発明のマニプレータは、先端効果器が装着される第1フレームと、前記第1フレームに回転軸を介して回転自在に連結された第2フレームとを有し、前記第1フレームに第1突起部を設けると共に、前記第2フレームに第2突起部を設け、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、前記第1突起部と前記第2突起部がグリッパを構成している。 In order to solve the above problems, a manipulator of the present invention has a first frame on which a tip effector is mounted, and a second frame rotatably connected to the first frame via a rotation shaft, The first frame is provided with a first protrusion, and the second frame is provided with a second protrusion. When the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is within a specified rotation angle range, The protrusion and the second protrusion constitute a gripper.
この様な構成においては、第2フレームに対する第1フレームの回転角度変化に伴って、第1突起部と第2突起部間の回転角度が変化する。そして、第2フレームに対する第1フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、第1突起部と第2突起部間に隙間ができて、第1突起部と第2突起部が物を挟むグリッパとなる。 In such a configuration, the rotation angle between the first protrusion and the second protrusion changes as the rotation angle of the first frame relative to the second frame changes. When the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is within a specified rotation angle range, a gap is formed between the first protrusion and the second protrusion, and the first protrusion and the second protrusion It becomes a gripper to sandwich.
また、本発明においては、前記第1及び第2突起部の一方は、他方を格納し囲い込む形状である。あるいは、前記第1及び第2突起部の一方は、他方に格納され囲い込まれる形状である。 In the present invention, one of the first and second protrusions has a shape for storing and enclosing the other. Alternatively, one of the first and second protrusions has a shape stored and enclosed in the other.
これにより、第1及び第2突起部の少なくとも一方が無駄にはみ出すことがないため、グリッパを構成する隙間が無くなり、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。 Thereby, since at least one of the first and second projecting portions does not protrude unnecessarily, there is no gap constituting the gripper, and other objects are not accidentally sandwiched.
好ましくは、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第1突起部が前記第2突起部の囲い込む形状に格納されるのが良い。あるいは、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第2突起部が前記第1突起部の囲い込む形状に格納されるのが良い。 Preferably, when the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is in a rotation angle range other than the specified rotation angle range, the first protrusion is stored in a shape that surrounds the second protrusion. Is good. Alternatively, when the rotation angle of the first frame relative to the second frame is in a rotation angle range other than the specified rotation angle range, the second protrusion is stored in a shape that surrounds the first protrusion. Is good.
これにより、第1突起部と第2突起部が物を挟むグリッパとなるとき以外は、第1及び第2突起部の少なくとも一方が無駄にはみ出すことがないため、グリッパを構成する隙間が無くなり、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。 Thereby, except when the first projecting portion and the second projecting portion become a gripper sandwiching an object, at least one of the first and second projecting portions does not protrude unnecessarily, so there is no gap constituting the gripper, It won't accidentally pinch other objects.
具体的には、前記第1又は第2突起部の囲い込む形状は、前記第1フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含む。あるいは。前記第1又は第2突起部の囲い込まれる形状は、前記第1フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含む。 Specifically, the enclosing shape of the first or second protrusion includes a substantially fan-shaped range centering on the rotation axis of the first frame. Or The enclosed shape of the first or second protrusion includes a substantially fan-shaped range centering on the rotation axis of the first frame.
この場合は、扇形の範囲で、第1及び第2突起部の少なくとも一方が囲い込むもしくは囲い込まれることになる。 In this case, at least one of the first and second protrusions is enclosed or enclosed within a sector shape.
また、本発明においては、前記第2フレームに前記第1フレームの回転軸と平行な他の回転軸を設け、前記第2突起部を前記他の回転軸により回転自在に支持している。 In the present invention, the second frame is provided with another rotating shaft parallel to the rotating shaft of the first frame, and the second protrusion is rotatably supported by the other rotating shaft.
この場合は、第2フレームに対する第1フレームの回転角度変化に伴って、第1突起部と第2突起部間の回転角度が変化するだけではなく、第2突起部をも回転させて、第1突起部と第2突起部間に物を挟むことができる。 In this case, not only the rotation angle between the first protrusion and the second protrusion changes as the rotation angle of the first frame relative to the second frame changes, but also the second protrusion rotates to An object can be sandwiched between the first protrusion and the second protrusion.
更に、前記第1及び第2突起部の先端が前記各回転軸からそれぞれ等距離に存在し、前記各回転軸から等距離にある中間の平面を対称面として、前記第1及び第2突起部が対称に駆動される様にしても良い。 Furthermore, the first and second protrusions have the tips of the first and second protrusions equidistant from the respective rotation axes, and an intermediate plane that is equidistant from the respective rotation axes serves as a symmetry plane. May be driven symmetrically.
これにより、第1突起と第2突起部が対称的に動作し、第1突起と第2突起部がグリッパの役目を良好に果たす。 As a result, the first protrusion and the second protrusion operate symmetrically, and the first protrusion and the second protrusion serve well as a gripper.
更に、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第2突起部が前記第2フレームおよび前記第1突起部と重なり合うようにして、前記第2突起部が突出しない構造とすることが望ましい。これにより、第1突起部と第2突起部が物を挟むグリッパとなるとき以外は、第2突起部が無駄にはみ出すことがないため、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。 Further, when the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is in a rotation angle range other than the specified rotation angle range, the second protrusion is overlapped with the second frame and the first protrusion. Thus, it is desirable that the second protrusions are not protruded. As a result, the second protrusion does not protrude unnecessarily except when the first protrusion and the second protrusion become grippers that sandwich the object, so that other objects are not accidentally sandwiched.
前記第2突起部は、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転を動力伝達機構を介して伝達されて連動する。動力伝達機構は、ワイヤ及びプーリを組み合わせたものである。また、動力伝達機構は、ベルト及びプーリを組み合わせたものである。あるいは、動力伝達機構は、ギヤを含んでいる。 The second protrusion is interlocked by transmitting the rotation of the first frame relative to the second frame via a power transmission mechanism. The power transmission mechanism is a combination of a wire and a pulley. The power transmission mechanism is a combination of a belt and a pulley. Alternatively, the power transmission mechanism includes a gear.
また、本発明においては、前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲にあるときには、前記第1フレームの先端効果器が第2フレーム内に収納される。 In the present invention, when the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is within the specified rotation angle range, the tip effector of the first frame is housed in the second frame.
この場合は、第1突起部と第2突起部が物を挟むグリッパとなるときには、第1フレームの先端効果器が第2フレーム内に収納されることになり、先端効果器が無駄にはみ出して他の物に引っ掛かる様なことがない。 In this case, when the first protrusion and the second protrusion become a gripper that sandwiches an object, the tip effector of the first frame is housed in the second frame, and the tip effector protrudes wastefully. There is no such thing as getting caught on other things.
また、本発明においては、前記第1フレームの先端効果器は、前記第1フレームの回転軸と直交する向きの別の回転軸を介して前記第1フレームに連結されている。 In the present invention, the tip effector of the first frame is connected to the first frame via another rotating shaft in a direction orthogonal to the rotating shaft of the first frame.
これにより、先端効果器の自由度が増し、マニプレータ全体の自由度も増す。 Thereby, the freedom degree of a tip effector increases and the freedom degree of the whole manipulator also increases.
次に、本発明の多関節駆動機構は、上記本発明のマニプレータと、前記マニプレータにおける第1フレームの回転軸を第2回転軸とすると、前記マニプレータにおける第2フレームに、前記第2回転軸と直交する向きの第3回転軸を介して回転自在に連結された第3フレームとを備えている。 Next, the multi-joint drive mechanism of the present invention includes the above-described manipulator of the present invention, and the rotation axis of the first frame in the manipulator as a second rotation axis. And a third frame that is rotatably connected via a third rotation shaft that is oriented orthogonally.
この様な構成においては、上記本発明のマニプレータの第2フレームに第3フレームを回転自在に連結した構成となり、自由度が増す。 In such a configuration, the third frame is rotatably connected to the second frame of the manipulator of the present invention, and the degree of freedom is increased.
例えば、前記マニプレータにおける第1フレームの先端効果器が前記第2回転軸と直交する向きの第1回転軸を介して前記第1フレームに連結されており、前記第1回転軸、前記第2回転軸、及び前記第3回転軸は相互に直交する向きで配置され、第2回転軸は該各回転軸のうちの前記マニプレータ先端側から2番目に配置される。 For example, the tip effector of the first frame in the manipulator is connected to the first frame via a first rotation shaft in a direction orthogonal to the second rotation shaft, and the first rotation shaft and the second rotation The shaft and the third rotating shaft are arranged in directions orthogonal to each other, and the second rotating shaft is arranged second from the tip end side of the manipulator among the rotating shafts.
この様な多関節駆動機構には、特異姿勢が生じる。この特異姿勢では、多関節機構の先端位置から関節角度を求めるという逆運動学計算の解が不定となるため、一般的には、特異姿勢を多関節機構の可動範囲として用いることがない。 Such an articulated drive mechanism has a unique posture. In this singular posture, the solution of the inverse kinematic calculation for obtaining the joint angle from the tip position of the multi-joint mechanism is indefinite, and therefore, the singular posture is generally not used as the movable range of the multi-joint mechanism.
そこで、前記マニプレータにおける規定の回転角度範囲は、前記第1フレームの関節原点周りで、多関節駆動機構が特異姿勢となる特異点角度外側に割り当てられ、前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲は、多関節駆動機構が特異姿勢とはならない前記特異点角度内側に割り当てられる様にしている。 Therefore, the prescribed rotation angle range in the manipulator is assigned around the joint origin of the first frame and outside the singular point angle where the multi-joint drive mechanism assumes a singular posture, and the rotation angle range other than the prescribed rotation angle range. The multi-joint drive mechanism is assigned to the inside of the singular point angle that does not assume a singular posture.
この様な本発明によれば、第1フレームの第1突起部と第2フレームの第2突起部が物を挟むグリッパとなるので、アクチュエータ等の格別な機構や制御を追加せずに、グリッパを付加することができる。従って、アクチュエータ等の格別な機構を追加した場合と比較すると、アクチュエータ等の機構及び制御回路の分だけ、軽量化と構造の簡単化を実現することができる。また、マニプレータもしくは多関節駆動機構の性能向上につながる。更に、第1及び第2突起部の収納の工夫により、第1及び第2突起部が第1フレームと第2フレーム間の回転動作の邪魔になることがない。 According to the present invention as described above, the first protrusion of the first frame and the second protrusion of the second frame serve as a gripper that sandwiches an object. Therefore, the gripper can be used without adding a special mechanism or control such as an actuator. Can be added. Therefore, compared with the case where a special mechanism such as an actuator is added, the weight and the structure can be simplified by the mechanism and the control circuit of the actuator and the like. In addition, the performance of the manipulator or the multi-joint drive mechanism is improved. Furthermore, the first and second protrusions do not interfere with the rotation operation between the first frame and the second frame by devising the accommodation of the first and second protrusions.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の多関節駆動機構の第1実施形態を示す斜視図である。また、図2は、本実施形態の多関節駆動機構を示す側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the articulated drive mechanism of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the multi-joint drive mechanism of the present embodiment.
本実施形態の多関節駆動機構Rでは、先端効果器T、第1フレーム1、及び第2フレーム2をマニプレータMとする。多関節駆動機構Rは、マニプレータM及び第3フレーム3等からなる。
In the multi-joint drive mechanism R of the present embodiment, the tip effector T, the
先端効果器Tは、グリッパ、溶接ガン、検査用カメラ等のいずれであっても構わない。この先端効果器Tは、第1フレーム1に第1回転軸11を介して回転自在に連結されている。また、第1フレーム1は、第2フレーム2に第2回転軸12を介して回転自在に連結されている。更に、第2フレーム2は、第3フレーム3に第3回転軸13を介して回転自在に連結されている。従って、多関節駆動機構Rは、直交3自由度を少なくとも有する。
The tip effector T may be any of a gripper, a welding gun, an inspection camera, and the like. The tip effector T is rotatably connected to the
先端効果器Tは、第1フレーム1に内蔵の駆動機構により第1回転軸11周りで回転駆動される。第1フレーム1は、第2フレーム2に内蔵の駆動機構により第2回転軸12周りで回転駆動される。第2フレーム2は、第3フレーム3に内蔵の駆動機構により第3回転軸13周りで回転駆動される。
The tip effector T is rotationally driven around the
尚、本実施形態では、先端効果器T、第1及び第2フレーム1、2の駆動機構の詳細を示していないが、モータ、ギヤ、プーリ、及びリンク等やそれらを組み合わせてなる駆動機構を適用することができ、また如何なる駆動機構であっても構わない。
In the present embodiment, details of the drive mechanism of the tip effector T, the first and
図1、図2に示す様に先端効果器T、第1フレーム1、及び第2フレーム2が直線状に並んで、第1回転軸11、第2回転軸12、及び第3回転軸13の向きが相互に直交するときに、第2フレーム2に対する第1フレーム1の第2回転軸12周りの回転角度(以下、第1フレーム1の関節角度と称す)を基本角度0°とする。また、第1フレーム1の回転方向は、図3(b)に示す様に先端効果器Tが下方を向く方向を正回転方向とし、図3(a)に示す様に先端効果器Tが上方を向く方向を負回転方向とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the tip effector T, the
第1フレーム1の関節角度が図2の基本角度0°から図3(b)の正回転方向の回転角度+90°までの範囲にあるときには、先端効果器Tが用いられる。同様に、第1フレーム1の関節角度が図2の基本角度0°から図3(a)の負回転方向の回転角度−90°までの範囲にあるときにも、先端効果器Tが用いられる。例えば、先端効果器Tがグリッパである場合にはハンドリング作業が行われ、また先端効果器Tが溶接ガンである場合には溶接作業が行われる。
The tip effector T is used when the joint angle of the
一方、第1フレーム1には、第1突起爪C1が設けられている。また、第2フレーム2には、第2突起爪C2が設けられている。
On the other hand, the
第2フレーム2は、第2回転軸12を中心として略扇形を描く2つの側板2aを有しており、各側板2aの下側部分が突出して第2突起爪C2となっている。第1フレーム1の関節角度が基本角度0°から回転角度−90°までの範囲にあるときには、第1フレーム1の第1突起爪C1が第2フレーム2に干渉することなく該第2フレーム2の各側板2a間に収納される。また、第1フレーム1の関節角度が基本角度0°から回転角度+90°まで変化して行く工程の途中までは、第1フレーム1の第1突起爪C1が第2フレーム2の各側板2a間に収納される。更に、先端効果器Tと第2突起爪C2の向きが常に正反対である。このため、第1フレーム1の回転角度が回転角度−90°から+90°までの範囲にあり、先端効果器Tが使用されるときには、第1フレーム1の第1突起爪C1が先端効果器Tの作業の邪魔になることはなく、第1フレーム1の第1突起爪C1が先端効果器T付近の他の物に引っ掛かることもない。
The
また、図4に示す様に第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも更に負回転方向にあるときには、第1フレーム1の第1突起爪C1が第2フレーム2の各側板2aから出て来て、第1フレーム1の第1突起爪C1と第2フレーム2の第2突起爪C2とによりグリッパAGが構成される。この第1フレーム1が回転角度−90°よりも更に負回転方向に回転したときの状態を、グリッパモードと称する。
Further, as shown in FIG. 4, when the joint angle of the
このグリッパモードでは、第1フレーム1の関節角度を変更することにより、グリッパAGの開閉角度が制御される。従って、このグリッパAGは、第1フレーム1と同様に、第2フレーム2に内蔵の駆動機構により駆動される。また、このグリッパAGそのものは、第3フレーム3の第3回転軸13という少なくとも1自由度の関節機構により移動制御される。
In this gripper mode, the opening / closing angle of the gripper AG is controlled by changing the joint angle of the
ところで、多関節駆動機構Rでは、相互に直交する向きの第1乃至第3回転軸11〜13からなる直交3自由度を有することから、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°(特異点角度)になると、特異姿勢となる。この特異姿勢では、多関節駆動機構Rの先端位置から関節角度(第1乃至第3回転軸11〜13の回転角度)を求める逆運動学計算の解が不定となる。このため、この特異姿勢は、一般に関節の可動範囲外とされて、多関節駆動機構Rの通常運動モードに使用されることがない。
By the way, since the multi-joint drive mechanism R has three orthogonal degrees of freedom composed of the first to third
本実施形態の多関節駆動機構Rでは、図2の基本角度0°から見て特異姿勢となる−90°より向こう側の第1フレーム1の関節角度範囲をグリッパモードでの可動範囲として用いており、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°のときに、第1突起爪C1の先端と第2突起爪C2の先端とが重なり合い、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも負回転方向になると、第1突起爪C1の先端と第2突起爪C2の先端とが離間して、グリッパAGの機能が果たされる。
In the multi-joint drive mechanism R of the present embodiment, the joint angle range of the
従って、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°になるまでは、つまり多関節駆動機構Rの特異姿勢直前までは、多関節駆動機構Rが通常運動に使用され、また第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも負回転方向になると、つまり多関節駆動機構Rが特異姿勢を越えた姿勢になると、グリッパモードとなって、グリッパAGの機能が果たされる。このため、通常運動モードでの多関節駆動機構Rの可動範囲を狭めることなく、グリッパモードでのグリッパAGの可動範囲を得ることができる。
Therefore, until the joint angle of the
本実施形態の多関節駆動機構RのグリッパAGについては、次の様な使用法が考えられる。 Regarding the gripper AG of the multi-joint drive mechanism R of the present embodiment, the following usage can be considered.
まず、先端効果器Tがグリッパではなく、溶接ガンや検査用カメラ等である場合は、グリッパAGを利用して、把持対象物を移動することができる。 First, when the tip effector T is not a gripper but a welding gun, an inspection camera, or the like, the gripping object can be moved using the gripper AG.
また、先端効果器Tがグリッパである場合は、以下の手順で2つの把持対象物を一度に運ぶことができる。まず、先端効果器Tにより一つ目の把持対象物を把持し、この状態で第1フレーム1の関節角度を回転角度−90°よりも負回転方向へと回転させて、グリッパモードへと移行し、更に第1フレーム1の関節角度を制御して、第1突起爪C1と第2突起爪C2からなるグリッパAGを開閉し、グリッパAGにより2つ目の把持対象物を把持する。そして、先端効果器T及びグリッパAGにより2つの把持対象物を把持した状態で、第2フレーム2の第3回転軸13の関節及び該関節よりも後段の他の関節を回転制御して、グリッパAGを移動させ、グリッパAGを開いて、2つ目の把持対象物を目標位置に置く。この後、第1フレーム1の関節角度を回転角度−90°よりも正回転方向側に回転させて、多関節駆動機構Rを通常運動モードへ移行させ、第1フレーム1の第1回転軸11の関節及び第2フレーム2の第3回転軸13の関節等を回転制御して、一つ目の把持対象物を目標位置に置く。従って、2つの把持対象物を同時に運ぶことができ、作業効率が向上する
グリッパAGは、先端効果器Tよりも少ない自由度数で移動制御される。そこで、特に冗長自由度を持つ多関節駆動機構に適用すると、自由度が減るグリッパモードでも、グリッパAGの移動に十分な自由度を持たせることができ、有効性が高くなる。
Further, when the tip effector T is a gripper, two gripping objects can be carried at a time by the following procedure. First, the first object to be grasped is grasped by the tip effector T, and in this state, the joint angle of the
この様に本実施形態の多関節駆動機構Rでは、第1フレーム1の第1突起部C1と第2フレーム2の第2突起部C2が物を挟むグリッパAGとなるので、アクチュエータ等の格別な機構や制御を追加せずに、グリッパAGを付加することができる。従って、アクチュエータ等の格別な機構を追加した場合と比較すると、アクチュエータ等の機構及び制御回路の分だけ、軽量化と構造の簡単化を実現することができる。また、多関節駆動機構Rの性能向上につながる。
As described above, in the multi-joint drive mechanism R of the present embodiment, the first protrusion C1 of the
尚、先端効果器Tがグリッパである場合は、先端効果器TのグリッパとグリッパAGとにそれぞれ異なる役割を持たせて使い分けるのが好ましい。例えば、先端効果器Tのグリッパは、多くの自由度を持ち、器用な動きをするものとし、これに対してグリッパAGは、先端効果器Tのグリッパよりも大きな力を出せるものとする。これにより、先端効果器TのグリッパとグリッパAGとを把持対象物に合わせて使い分けることができる。重力下で動く多関節駆動機構Rでは、荷重位置が先端に行く程、付け根側の関節に対する重力トルクが大きくなる。このため、先端効果器Tのグリッパよりも多関節駆動機構R途中の関節を併用したグリッパAGの方が、大荷重を支えた時の付け根側の関節に対する負荷が少なく、無理のない運用ができる。 When the tip effector T is a gripper, it is preferable to use the gripper and the gripper AG of the tip effector T with different roles. For example, it is assumed that the gripper of the tip effector T has many degrees of freedom and moves dexterously, whereas the gripper AG can output a larger force than the gripper of the tip effector T. Thereby, the gripper and the gripper AG of the tip effector T can be selectively used according to the object to be grasped. In the multi-joint drive mechanism R that moves under the force of gravity, the gravitational torque with respect to the joint on the base side increases as the load position goes to the tip. For this reason, the gripper AG combined with the joint in the middle of the multi-joint drive mechanism R is less burdensome on the joint on the base side when a large load is supported than the gripper of the tip effector T, and can be operated without difficulty. .
また、第1フレーム1の第1突起爪C1が第2フレーム2の各側板2a間に収納される様にしているが、これとは逆に、第1フレーム1が両側の各側板からなるものとし、第2フレーム2の第2突起爪が第1フレーム1の各側板間に収納される様にしても良い。
Further, the first projecting claw C1 of the
更に、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも更に負回転方向にあって、グリッパモードとなったときには、先端効果器Tが第2フレーム2の各側板2a間に収納される様に該各側板2aを変形しても良い。
<第2実施形態>
図5は、本発明の多関節駆動機構の第2実施形態を示す側面図である。本実施例の多関節駆動機構RAでは、図1の多関節駆動機構Rにおける第2フレーム2の第2突起爪C2の代わりに、第2突起爪CCを第2フレーム2に回転自在に軸支し、第1フレーム1の第2回転軸12の一端に駆動プーリP1を固定し、第2突起爪CCの回転軸14の一端に従動プーリP2を固定し、駆動プーリP1と従動プーリP2間にワイヤWを8の字に交差させて架け渡している。
Further, when the joint angle of the
Second Embodiment
FIG. 5 is a side view showing a second embodiment of the multi-joint drive mechanism of the present invention. In the articulated drive mechanism RA of the present embodiment, the second projecting claw CC is pivotally supported by the
尚、第2突起爪CC、駆動プーリP1、従動プーリP2、及びワイヤWは、第2フレーム2の両側の各側板2aにそれぞれ設けられている。
The second protrusion claw CC, the drive pulley P1, the driven pulley P2, and the wire W are provided on the
本実施形態の多関節駆動機構RAは、図1の多関節駆動機構Rと同様に、先端効果器T、第1フレーム1、及び第2フレーム2をマニプレータMとすると、マニプレータM及び第3フレーム3等からなる。
The multi-joint drive mechanism RA of this embodiment is similar to the multi-joint drive mechanism R of FIG. 1, where the tip effector T, the
先端効果器Tは、グリッパ、溶接ガン、検査用カメラ等のいずれであっても構わない。先端効果器T、第1フレーム1、第2フレーム2、及び第3フレーム3は、第1回転軸11、第2回転軸12、及び第3回転軸13を介して連結されている。従って、多関節駆動機構Rは、直交3自由度を少なくとも有する。
The tip effector T may be any of a gripper, a welding gun, an inspection camera, and the like. The tip effector T, the
本実施形態でも、図1の多関節駆動機構Rと同様に、先端効果器T、第1フレーム1、及び第2フレーム2が直線状に並んで、第1回転軸11、第2回転軸12、及び第3回転軸13の向きが相互に直交するときに、第1フレーム1の関節角度を基本角度0°とする。第1フレーム1の関節角度が基本角度0°から図6(b)の正回転方向の回転角度+90°までの範囲にあるときと基本角度0°から図6(a)の負回転方向の回転角度−90°までの範囲にあるときに、先端効果器Tが用いられる。
Also in the present embodiment, the tip effector T, the
一方、第1フレーム1が第2回転軸12周りで回転するに際し、第2回転軸12も回転し、駆動プーリP1が回転する。この駆動プーリP1の回転は、8の字に交差したワイヤWを介して従動プーリP2に伝達され、従動プーリP2、回転軸14、及び第2突起爪CCが逆回転する。
On the other hand, when the
また、第2突起爪CCの回転軸14が第1フレーム1の第2回転軸12と平行に設けられ、第1突起爪C1の先端及び第2突起爪CCの先端が第2回転軸12及び回転軸14からそれぞれ等距離に存在する。このため、第2回転軸12及び回転軸14から等距離にある中間の平面を対称面(図5において紙面に垂直な平面)とすると、第1突起爪C1及び第2突起爪CCが該対称面に対して対称に駆動される。
Further, the
第2フレーム2の第2突起爪CCの回転軸14は、グリッパモード時のグリッパ側にオフセットした位置にある。また、第2フレーム2は、グリッパモード時の非グリッパ側(図5の上側)に張り出し部Hを有する。グリッパによる把持を確実なものとするために、先に述べた様に第2突起爪CC、駆動プーリP1、従動プーリP2、及びワイヤWは、第2フレーム2の両側の各側板2aにそれぞれ設けられている。
The
この様な構成において、第1フレーム1の関節角度が基本角度0°から図6(a)の回転角度−90°までの範囲にあるときには、第1フレーム1の第1突起爪C1と第2フレーム2の第2突起爪CCが対称移動し、図6(a)に示す様に第1突起爪C1と第2突起爪CCが重なり合った状態を維持しつつ回転する。これのため、第1突起爪C1と第2突起爪CCのいずれの先端も突き出ることがない。
In such a configuration, when the joint angle of the
また、第1フレーム1の関節角度が基本角度0°から図6(b)の回転角度+90°までの範囲で変化して行くときには、第2突起爪CCの回転軸14がグリッパモード時のグリッパ側にオフセットしていることと、第2フレーム2がグリッパモード時の非グリッパ側(図5の上側)に張り出し部Hを有することにより、図5に示す様に第2突起爪CCの先端がグリッパモード時の非グリッパ側に飛び出さずに回転する。そして、図6(b)の様に関節角度を通常運動モードの可動範囲限界まで動かしても、第2突起爪CCの先端が飛び出すことはない。
When the joint angle of the
従って、第1フレーム1の回転角度が回転角度−90°から+90°までの範囲にあり、先端効果器Tが使用されるときには、第2フレーム2の第2突起爪CCが先端効果器Tの作業の邪魔になることはなく、第2フレーム2の第2突起爪CCが先端効果器T付近の他の物に引っ掛かることもない。
Therefore, when the rotation angle of the
尚、図6(a)、(b)においては、駆動プーリP1、従動プーリP2、及びワイヤWを省略している。 In FIGS. 6A and 6B, the driving pulley P1, the driven pulley P2, and the wire W are omitted.
本実施形態のグリッパAG1は、図7の様に第1突起爪C1と第2突起爪CCが対称に開閉され、開き角も大きくし易い。これにより、使い勝手の優れたグリッパを提供することができる。 In the gripper AG1 of the present embodiment, the first protrusion claw C1 and the second protrusion claw CC are opened and closed symmetrically as shown in FIG. 7, and the opening angle is easily increased. Thereby, the gripper excellent in usability can be provided.
通常運動モードでは、マニプレータMは先端効果器Tを用いた作業を行う。例えば、先端効果器Tがグリッパである場合にはハンドリング作業、先端効果器Tが溶接ガンである場合には溶接作業を行う。 In the normal motion mode, the manipulator M performs work using the tip effector T. For example, when the tip effector T is a gripper, a handling operation is performed, and when the tip effector T is a welding gun, a welding operation is performed.
第1フレーム1の関節角度が図6(a)の回転角度−90°にあるときには、通常運動モードとグリッパモードとの境界にあり、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも負回転方向になると、グリッパモードの可動範囲となる。このとき、図7に示す様に第1突起爪C1の先端と第2突起爪CCの先端との重なりが解消され、グリッパAG1が構成される。このグリッパAG1は、第3フレーム3の第3回転軸13という少なくとも1自由度の関節機構により移動制御される。
When the joint angle of the
多関節駆動機構Rでは、相互に直交する向きの第1乃至第3回転軸11〜13からなる直交3自由度を有することから、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°になると、特異姿勢となる。この特異姿勢では、多関節駆動機構Rの先端位置から関節角度(第1乃至第3回転軸11〜13の回転角度)を求める逆運動学計算の解が不定となる。このため、この特異姿勢は、一般に関節の可動範囲外として、多関節駆動機構Rの通常運動モードに使用されることがない。
In the multi-joint drive mechanism R, since it has three orthogonal degrees of freedom composed of the first to third
本実施形態の多関節駆動機構Rでは、基本角度0°から見て特異姿勢となる−90°より向こう側の第1フレーム1の関節角度範囲をグリッパモードでの可動範囲として用いている。すなわち、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°を超えると、第1突起爪C1の先端と第2突起爪CCの先端との重なりが解消され、グリッパAG1が現れる構造としている。従って、第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°になるまでは、つまり多関節駆動機構Rの特異姿勢直前までは、多関節駆動機構Rが通常運動に使用され、また第1フレーム1の関節角度が回転角度−90°よりも負回転方向になると、つまり多関節駆動機構Rが特異姿勢を越えた姿勢になると、グリッパモードとなって、グリッパAG1の機能が果たされる。このため、通常運動モードでの多関節駆動機構Rの可動体範囲を狭めることなく、グリッパモードでのグリッパAG1の可動範囲を得ることができる。
In the multi-joint drive mechanism R of the present embodiment, the joint angle range of the
尚、本実施形態の多関節駆動機構RAにおいては、図1の多関節駆動機構Rと同様の手順で、先端効果器TとグリッパAG1を使用する。 In the multi-joint drive mechanism RA of the present embodiment, the tip effector T and the gripper AG1 are used in the same procedure as the multi-joint drive mechanism R in FIG.
また、第2突起爪CCを第1突起爪C1に連動させるために、プーリ及びワイヤを組み合わせた動力伝達機構を用いているが、ワイヤの代わりにベルトを用いたり、プーリ及びワイヤの代わりに、ギヤを組み合わせたり、リンク機構を用いても良い。 In addition, in order to interlock the second protrusion claw CC with the first protrusion claw C1, a power transmission mechanism combining a pulley and a wire is used, but a belt is used instead of a wire, A gear may be combined or a link mechanism may be used.
本発明は、一般的な多関節直列マニピュレータに適用可能である。 The present invention is applicable to a general articulated serial manipulator.
1 第1フレーム
2 第2フレーム
3 第3フレーム
11 第1回転軸
12 第2回転軸
13 第3回転軸
14 回転軸
R、RA 多関節駆動機構
M マニプレータ
T 先端効果器
C1 第1突起爪
C2、CC 第2突起爪
AG、AG1 グリッパ
P1 プーリ
P2 プ−リ
W ワイヤ
H 張り出し部
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記第1フレームに回転軸を介して回転自在に連結された第2フレームとを有し、
前記第1フレームに第1突起部を設けると共に、前記第2フレームに第2突起部を設け、
前記第2フレームに対する前記第1フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、前記第1突起部と前記第2突起部がグリッパを構成することを特徴とするマニプレータ。 A first frame on which a tip effector is mounted;
A second frame rotatably connected to the first frame via a rotation shaft;
Providing the first protrusion on the first frame and providing the second protrusion on the second frame;
The manipulator according to claim 1, wherein when the rotation angle of the first frame with respect to the second frame is within a predetermined rotation angle range, the first protrusion and the second protrusion constitute a gripper.
前記マニプレータにおける第1フレームの回転軸を第2回転軸とすると、前記マニプレータにおける第2フレームに、前記第2回転軸と直交する向きの第3回転軸を介して回転自在に連結された第3フレームとを備えることを特徴とする多関節駆動機構。 A manipulator according to claim 1;
Assuming that the rotation axis of the first frame in the manipulator is a second rotation axis, the third frame is rotatably connected to the second frame in the manipulator via a third rotation axis in a direction orthogonal to the second rotation axis. An articulated drive mechanism comprising a frame.
前記第1回転軸、前記第2回転軸、及び前記第3回転軸は相互に直交する向きで配置され、第2回転軸は該各回転軸のうちの前記マニプレータ先端側から2番目に配置されることを特徴とする請求項17に記載の多関節駆動機構。 A tip effector of a first frame in the manipulator is connected to the first frame via a first rotation shaft oriented perpendicular to the second rotation shaft;
The first rotating shaft, the second rotating shaft, and the third rotating shaft are arranged in directions orthogonal to each other, and the second rotating shaft is arranged second from the tip end side of the manipulator among the rotating shafts. The multi-joint drive mechanism according to claim 17.
前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲は、多関節駆動機構が特異姿勢とはならない前記特異点角度内側に割り当てられることを特徴とする請求項17に記載の多関節駆動機構。 The specified rotation angle range in the manipulator is assigned around the joint origin of the first frame and outside the singular point angle where the multi-joint drive mechanism assumes a singular posture,
18. The multi-joint drive mechanism according to claim 17, wherein a rotation angle range other than the prescribed rotation angle range is assigned to the inside of the singular point angle where the multi-joint drive mechanism is not in a singular posture.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012056052A (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Yaskawa Electric Corp | Hand, and robot |
WO2013058439A1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-04-25 | 서울대학교산학협력단 | Adaptive gripping robot using the buckling characteristic of a flexible joint |
US8616599B2 (en) | 2010-09-10 | 2013-12-31 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Hand and robot |
CN112536791A (en) * | 2020-12-03 | 2021-03-23 | 重庆工程职业技术学院 | Parallel manipulator convenient for replacing driving arm and driven arm |
CN112720561B (en) * | 2020-12-30 | 2024-03-12 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | Super-redundancy rope-driven robot with square modularized force-position double closed-loop control |
-
2005
- 2005-07-05 JP JP2005196379A patent/JP2007015029A/en active Pending
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