JP2007210065A - Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint - Google Patents

Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint Download PDF

Info

Publication number
JP2007210065A
JP2007210065A JP2006032351A JP2006032351A JP2007210065A JP 2007210065 A JP2007210065 A JP 2007210065A JP 2006032351 A JP2006032351 A JP 2006032351A JP 2006032351 A JP2006032351 A JP 2006032351A JP 2007210065 A JP2007210065 A JP 2007210065A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
gears
object
pseudo
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006032351A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Yuusumi
仁 有隅
Original Assignee
National Institute Of Advanced Industrial & Technology
独立行政法人産業技術総合研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute Of Advanced Industrial & Technology, 独立行政法人産業技術総合研究所 filed Critical National Institute Of Advanced Industrial & Technology
Priority to JP2006032351A priority Critical patent/JP2007210065A/en
Publication of JP2007210065A publication Critical patent/JP2007210065A/en
Application status is Pending legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pseudo free joint, for preventing tumbling of a robot even in the case where an object is lifted from the initial state through a static unstable area to the terminal state when the robot lifts the object from the floor.
SOLUTION: This non-fixed type robot includes: an actuator 100 for applying force for moving a joint; a plurality of gears 26 to 29 for transmitting the movement of the joint from the actuator 100 to a region other than the concerned joint to thereby move the region other than the concerned joint; and a pair of encoders 21, 22 fitted to the respective shafts 23, 24 where predetermined mutually meshing gears among the plurality of gears 26 to 29 are mounted, wherein the encoders 21, 22 control the teeth of the paired gears not to come into contact with each other, thereby generating pseudo free movement.
COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非固定式ロボットおよびそのロボット制御方法に係り、特に、動的制御理論に基づく擬似自由関節を有する非固定式ロボットおよびその制御方法ならびに擬似自由関節に関する。 The present invention relates to a non-stationary robots and robot control method, and more particularly, to a non-stationary robot and its control method, and a pseudo-freedom joint with a pseudo free joints based on dynamic control theory.

従来、2足歩行ロボットやヒューマノイドロボットなどの非固定型ロボットに対して、 Traditionally, for non-stationary robot such as a bipedal walking robot and humanoid robot,
全身の運動量を利用して、物体を操作する方法について十分に検討されていないのが実情である。 By utilizing the momentum of the whole body, it is fact is not sufficiently studied how to manipulate objects. また、非固定型ロボットの安定性は、主に、ZMPを規範として議論されてきたため、歩行やマニピュレーションにおいてロボットの運動量を利用して転倒を回避する方法については十分検討されていない。 Moreover, the stability of the non-fixed robot, mainly because has been discussed a ZMP as a criterion is not sufficiently studied how to avoid tipping using the momentum of the robot in walking or manipulation.

図10は、従来のロボット関節の構成の一例を示す斜視図である。 Figure 10 is a perspective view showing an example of a configuration of a conventional robot joint. 同図に示すように、 As shown in the figure,
従来のロボット関節20は、アクチュエータ100と、エンコーダ200と、複数のギア300と、アーム500とから構成されている。 Conventional robot joint 20 includes an actuator 100, an encoder 200, a plurality of gears 300, and a arm 500.. ここで、アーム(リンク)500を同図矢印で示す方向に自由落下させて、そのダイナミクスを妨げないように関節を駆動させる方法を考えると、従来では、まずアーム500の目標軌道を設定し、それに追従するようにアクチュエータ100を制御する方法が採られてきた。 Here, the arm (link) 500 by free fall in the direction indicated by arrow in FIG, given the method of driving the joint so as not to interfere with its dynamics, in the conventional, first set the target trajectory of the arm 500, method for controlling the actuator 100 so as to follow it have been taken. したがって、従来法では、アーム500などの完全なモデルを構築して、自由落下させたときの軌道を正確に計算し、その軌道に追従するように関節が制御されてきた。 Therefore, in the conventional method, to build a complete model, such as arms 500, accurately calculate the trajectory when the fall freely, the joint has been controlled so as to follow the track.

しかし、この従来法では、関節角を測定するセンサに相当するエンコーダ200は、アクチュエータ100側のみに装着されていて、かつ、アクチュエータ100からアーム5 However, this conventional method, the encoder 200 corresponding to a sensor for measuring a joint angle is not attached only to the actuator 100, and the arm 5 from the actuator 100
00まで複数のギア300で力が伝達されるため、特にアーム500が高速に運動する場合などでは完全に目標軌道を追従させることはできない。 The force of a plurality of gears 300 to 00 is transmitted, it is impossible to completely follow the target trajectory in a case where particular arm 500 moves at a high speed.
上述した従来のロボット関節の代表的な動作について以下に説明する。 It described below for typical operation of the conventional robot joint as described above.

図11〜図13は、従来のヒューマノイドロボットの物体持ち上げ動作を示す図である。 11 to 13 are views showing the object lifting operation of a conventional humanoid robots.
まず、重力下におけるヒューマノイドロボットによる物体持ち上げ動作について説明する。 First described object lifting operation by Humanoid Robot under gravity.
図11に示すように、ヒューマノイドロボットは、環境に固定されていないので、ロボットが静的な状態にあるときロボットが転倒しないためには、全身の重心(COM;Ce As shown in FIG. 11, humanoid robots, because it is not fixed in the environment, because the robot does not fall when the robot is in a static state, the whole body center of gravity (COM; Ce
nter of Mass)の床面への射影点が両足底の外側の縁で構成された支持多角形Sの内部にある必要がある。 NTER of Mass) projection point of the floor is required in the interior of the support polygon S constituted by the outer edges of the feet bottom.

また、図12(a)に示すように、ロボットの足部接地位置を変えずに静的安定状態のときのロボットの手先が取りうる領域(静的安定な手先可動領域と呼ぶ)を灰色領域Cとし、そのときの全体の系のCOMを点P1とする。 Further, as shown in FIG. 12 (a), the gray area a region where the hand can take the robot (referred to as a static stable hand movable area) when the static stable state without changing the foot grounding position of the robot is C, the COM of the whole system at the time the point P1. また、図12(b)に示すように、灰色領域C内にある重い物体Wを把持する場合、ロボットと物体の全体の系のCOMを点P Further, as shown in FIG. 12 (b), when gripping a heavy object W to be within the gray area C, point the COM of the entire system of the robot and the object P
2とする。 2 to. COM(点P1)とCOM(点P2)とを比較すると、ロボットと物体の全体の系のCOM(点P2)と、ロボットのみのCOM(点P1)とは異なる位置に存在することが分かる。 Compared COM (point P1) and COM (point P2), and the whole system of the robot and the object COM (point P2), it can be seen that in a different position from the COM of the robot only (point P1).

例えば、図12(b)に示すように、物体Wがロボットの正面にある場合、全体の系のCOM(点P2)は,ロボットのCOM(点P1)より遠くに存在する。 For example, as shown in FIG. 12 (b), when the object W is on the front of the robot, the whole system COM (point P2) exists farther from the robot COM (point P1). したがって、物体Wの重量や位置によっては系全体のCOM(点P1)の床面への射影点が支持多角形S Therefore, the projection point of the floor support polygon of the entire system by the weight and the position of the object W COM (point P1) S
の外側に位置する場合が生じ、このとき、ロボットは、どんなに大きな出力を持っていても物体を静的には保持することはできず、前方へ転倒してしまう。 If located outside occurs, and this time, the robot can not however be held objects also have a large output in a static, it would fall forward.

ここで、改めて物体を考慮した系の静的安定な手先可動領域を求めると、その領域は、 Here, when determining the static stable hand movable area of ​​considering again the object system, the region,
物体を考慮しない系の静的安定な手先可動領域C(図12の灰色領域)より小さくなり、 Becomes smaller than the static stable hand movable area of ​​the system without considering object C (gray area in FIG. 12),
物体が重いほどロボットの足首を通る鉛直線付近に分布する。 Object is distributed in the vicinity of the vertical line passing through the ankle of heavier robot. ロボットが物体を把持した状態における静的安定な手先可動領域は、図13(a)に示す水平線ならびに図3(b) Static stable hand movable area in a state where the robot grips the object, the horizontal line and 3 shown in FIG. 13 (a) (b)
に示す斜線部領域のようになる。 So the hatched area shown in FIG. 図13(a)には、物体Wが床に接している状態でロボットが物体を把持している様子が描かれているが、このときの静的安定な手先可動領域は、物体の把持点を通る水平線Aaとなる。 The FIG. 13 (a), the although the robot in a state where the object W is in contact with the floor are drawn state in which an object is gripped, static stable hand movable area in this case, the object gripping point a horizontal line Aa passing through. また、図13(b)には、物体Wが床に接していない状態でロボットが物体Wを把持している様子が描かれているが、このときの静的安定な手先可動領域は、灰色領域内にある斜線部領域Abとなる。 Further, in FIG. 13 (b), although the robot in a state where the object W is not in contact with the floor are drawn state in which an object is gripped W, static stable hand movable area in this case, gray the hatched region Ab in the region.

また、特許文献1には、体幹部において、自由度を有し、任意の転倒姿勢においてこれら体幹部の自由度を活用することにより、円滑に起き上がることができ、体幹部以外の可動部への負担や要求トルクを軽減すると共に、過重負担を各可動部間で分散・平均化することで、特定部位への集中荷重を回避するロボットが提案されている。 Patent Document 1, in the trunk, has a degree of freedom, by utilizing the flexibility of torso at any falling posture, it is possible to get up smoothly, the moving parts other than the trunk thereby reducing the burden and required torque, the overburdened by dispersing and averaged between movable parts, a robot to avoid concentrated loads on the specific site has been proposed.
特開2001−150370号公報 JP 2001-150370 JP

しかしながら、上述した従来例においては、以下のような問題を有する。 However, in the conventional example described above, it has the following problems.
図14,図15は、従来のヒューマノイドロボットの物体持ち上げ時における問題点を示す図である。 14, FIG. 15 is a diagram showing a problem when lifting the object of the conventional humanoid robots.
まず、図14に示すように、図13(a)に示すロボットの静的安定状態を初期状態、 First, as shown in FIG. 14, the initial state static stable state of the robot shown in FIG. 13 (a),
図13(b)に示すロボットの静的安定状態を終端状態とし、各静止状態のときの手先位置をそれぞれ点PsとPeで表す。 13 a static stable state of the robot and the terminal state shown in (b), represented by each point Ps and Pe of the hand position when the respective stationary. ただし、点Psは、静的安定な手先可動領域である斜線領域Ab以外の点とする。 However, the point Ps is a point other than the hatched region Ab is a static stable hand movable area. 図14に示す経路に沿って初期状態(点Ps)から終端状態(点Pe)まで物体Wをゆっくりと静的に持ち上げる場合、経路Dと斜線領域Abの境界との接点を点Pcとすると、点Pcと点Peとの間の経路,ならびに点Psでは静的安定状態で物体Wを保持することが可能であるが、点Psと点Pcとの間の経路では、静的不安定状態となり、ロボットは転倒してしまう。 If slow static lifting the object W from an initial state (point Ps) to the end state (point Pe) along a path shown in FIG. 14, when the contact point between the boundary of the path D and shaded region Ab and the point Pc, path between the point Pc and the point Pe, and it is possible to hold the object W in a static stable state at point Ps, the path between the point Ps and the point Pc, becomes a static unstable , the robot would fall. 直接、初期状態から静的不安定領域を通過して終端状態へ物体を持ち上げる場合、ロボットが転倒しないためには、転倒しないための力を外部から受ける必要がある。 Directly if through a static unstable region from the initial state to lift the object to a terminal state, because the robot does not fall, it is necessary to receive a force for not fall from the outside.

そのためには、図15に示すように、水平前方をX方向、上方向をZ方向とし、X方向の力をfx、Z負方向の力をfzとすると、X方向の力fxやZ負方向の力fzで物体を押したときの反力freactx,freactzを利用し、ZMPが、図11に示す支持多角形Sの内部でかつ境界でない範囲に存在するようにする必要がある。 For this purpose, as shown in FIG. 15, the horizontal forward to the X direction, the upward direction and Z direction and the X direction force fx, and fz the Z negative force, X direction force fx and Z negative direction reaction force freactx when pressing an object with a force fz, using Freactz, ZMP is, it is necessary to be present in the range that is not inside a and boundaries of the supporting polygon S shown in FIG. 11. しかし、X方向やZ負方向の力fx、fzは、終端方向から物体を遠ざける力であり、終端方向へ物体を持ち上げることは極めて困難となる。 However, X-direction and Z negative direction force fx, fz is the force to distance the object from the end direction, lifting the object to the end direction is very difficult.

また、図14に示す経路では、物体をロボット側に引き寄せながら上げていく力が必要となる。 Further, in the path shown in FIG. 14, the force is increased while attracting the object to the robot side is required. 言い換えると、反作用によりロボットは、図16に示すような物体側に引っ張られる力Fxと重力方向の力Fzを受けることになるが、これらの力は、ロボットの重心や脚の位置を考慮すると、明らかにロボットを転倒するように働く。 In other words, the robot by reaction, but will receive a force Fx and the direction of gravity force Fz pulled toward the object side as shown in FIG. 16, these forces, considering the position of the center of gravity and legs of the robot, apparently it acts to overturn the robot. したがって、経路に沿って物体が移動するようにロボットが物体に力を加えると、静的に物体を保持するより、 Therefore, from the robot as the object moves along the path when a force to an object to hold the static object,
さらにロボットは倒れやすくなると考えられる。 Furthermore, the robot is considered to be easy to fall down.

以上のことから、物体Wが床から離れた瞬間から静的不安定状態となる経路では、ロボットがどんなに大きな出力を持っていても、初期状態から直接物体を持ち上げることができず、また、仮に持ち上がったとしても転倒しないための力を発生させることは困難である。 From the above, the path object W becomes static unstable state from the moment away from the floor, even if the robot is no matter how with a large output can not be lifted directly object from the initial state, also, if it is difficult to generate a force for that does not fall as raised.
また、一般に、ヒューマノイドロボットのような実在する多自由度移動ロボットは、全関節が駆動されており、系のダイナミクスが有効に利用することが難しい。 In general, real multi-degree-of-freedom robot, such as humanoid robots, all the joints are driven, it is difficult to dynamics of the system is effectively utilized. 一方、歩行ロボットの研究において、非駆動関節を利用したパッシブウォーキングの研究が進められていてダイナミクスの利用の有効性が指摘されているが、駆動できない自由関節が用いられているため、物体持ち上げなどの力が必要な作業を行う場合に問題となる。 On the other hand, in the study of the walking robot, the effectiveness of the use of dynamics have studied passive walking is advanced utilizing passive joint has been pointed out, since the free joint can not be driven is used, the object lifting such becomes a problem when a force of performing the work required.

また、特許文献1記載の発明についても、このロボットは、転倒したか否かを判断する転倒判断手段と、転倒時の姿勢を判定する判定手段と、起き上がり動作を実行する手段とを有するのみで、ロボット自身が転倒したときに何をするかについては対処できるが、物体を持ち上げる際に運動量等を考慮して制御されるようなロボットではなく、物体を持ち上げる際には転倒しないよう制御できないという問題を有している。 As for the invention of Patent Document 1, this robot, a fall judgment means for judging whether a fall, judging means for judging the posture of a fall, only a means for performing the rising operation , that for what to do when the robot itself falls down but can cope, rather than the robot as controlled by considering the momentum or the like to lift the object, can not be controlled so as not to fall in to lift the object there is a problem.

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、物体を床から持ち上げる際に、転倒せずに物体を終端状態へ移動させ、初期状態から静的不安定領域を通過して終端状態へ物体を持ち上げる場合においても転倒しない擬似自由関節を有する非固定式ロボットおよびその制御方法ならびに擬似自由関節を提供することを目的としている。 The present invention was made in view of the circumstances described above, to lift the object from the floor, the object without overturning moved to the end state, it passes through a static unstable region from the initial state lead and its object is to provide a non-fixed robot and its control method, and a pseudo-freedom joints also have a pseudo-freedom joint that does not fall in the case of lifting the object to the state.
また、本発明は、関節又はリンクを、駆動した状態ならびに自由にした状態に切り替えることができ、ZMPの概念に縛られずに非固定型ロボットの転倒を回避し、かつ、系のダイナミクスを有効に利用して物体の運動を制御できる擬似自由関節を有する非固定式ロボットおよびその制御方法ならびに擬似自由関節を提供することを目的としている。 Further, the present invention is that the joint or link, can be switched to the state in which the driving state and free, to avoid overturning of the non-fixed robot without being tied to the concept of ZMP, and enable the dynamics of the system and its object is to provide a non-fixed robot and its control method, and a pseudo-freedom joint with a pseudo free joint that can control the motion of the object using.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、関節を動かすための力を与えるアクチュエータと、当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達し、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車と、当該関節の角度または負荷を検出するために取り付けられたエンコーダを備え、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げることを特徴 In order to solve the above problems, a non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 1 of the present invention, an actuator providing a force for moving the joint, except the joint movement of the joint from the actuator transmitted to site, comprising: a plurality of gears mounted on the plurality of shafts to move the site other than the joints, the encoder mounted to detect the angle or load of the joint, said encoder, said mounted on each of the shafts wearing the plurality of pairs of gears meshing of the gears, and can generate a pseudo free movement by teeth of each other of said pair of gears is controlled so as not to touch the object lifting time, characterized in that lifting the object while avoiding overturning by the free movement and stored momentum to lift the object している。 It is.

また、請求項2に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットに係り、前記擬似自由関節は、前記一対の歯車の互いの歯の幅または高さを変更することによって、噛み合う部分のバックラッシュを変動することを特徴としている。 The non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 2 relates to the non-stationary robot having a pseudo free joint according to claim 1, wherein the pseudo-free joint, of each other of said pair of gears by changing the width or height of the teeth, it is characterized by varying backlash portion meshing.
また、請求項3に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットに係り、前記擬似自由関節は、前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯にテーパをかけて連続的に動作可能にしたことを特徴としている。 The non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 3 relates to the non-stationary robot having a pseudo free joint according to claim 1, wherein the pseudo-free joint, one of said pair of gears over the taper of the teeth of the gear is characterized in that the continuously operable.

また、請求項4に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットに係り、前記擬似自由関節は、前記一対の歯車のうち一方の歯車を、当該一方の歯車が装着されているシャフトの軸方向に滑走可能に取り付けられていることを特徴としている。 The non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 4 relates to a non-stationary robot having a pseudo free joint according to claim 1, wherein the pseudo-free joint, one of said pair of gears the gear, said one gear is characterized in that mounted for sliding in the axial direction of the shaft being mounted.
また、請求項5記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットに係り、前記一対の歯車は、前記アクチュエータからの力の伝達経路が最も長い位置に配置された一対の歯車であることを特徴としている。 The non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 5 relates to the non-stationary robot having a pseudo free joint according to claim 1, wherein the pair of gears, the transmission path of force from the actuator it is characterized in that There are a pair of gears arranged in the longest position.

また、請求項6記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボットは、関節を動かすための力を与えるアクチュエータと、当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達し、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車と、当該関節の角度または負荷を検出するために取り付けられたエンコーダを備え、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げることを特徴としている。 The non-fixed robot having a pseudo free joint of claim 6, an actuator providing a force for moving the joint, the movement of the joint is transferred from the actuator to the site other than the joints, other than the joints a plurality of gears mounted on the plurality of shafts to move the site, with the encoder mounted to detect the angle or load of the joint, wherein the encoder is a pair of gears meshing of the plurality of gears mounted on each of the shaft has been installed, and can generate a pseudo free movement by teeth of each other of said pair of gears is controlled so as not to touch, when lifting an object, accumulation to lift the object It is characterized in that lifting the object while avoiding overturning by the free movement and exercise quantity.

また、請求項7に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボット制御方法は、アクチュエータによって関節を動かすための力を与えるステップと、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車によって当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達するステップと、エンコーダによって当該関節の角度または負荷を検出するステップを含み、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げるこ The non-fixed robot control method having a pseudo free joint according to claim 7 includes the steps of providing a force for moving the joint by an actuator, attached to the plurality of shafts to move the site other than the joints pair comprises a step of transmitting the movement of the joint by a plurality of gears to a site other than the joint from the actuator, the step of detecting the angle or the load of the joint by the encoder, the encoder meshing of the plurality of gears attached to the respective shaft wearing the gears, and can generate a pseudo free movement by teeth of each other of said pair of gears is controlled so as not to touch, when lifting an object, lifting the object Mochiageruko an object while avoiding overturning by the free movement and stored momentum for を特徴としている。 It is characterized in.

本発明は、ロボットの足部接地位置を変えずに静的に転倒しない状態(静的安定状態) The present invention, a state that does not fall statically without changing the foot ground position of the robot (static stable state)
から静的には転倒する状態(静的不安定状態)を通過して他の静的安定状態へ物体を操作しながら、全身を動かす方法とそれを表現する機構を開示する。 The static from passes through the state of falling (static unstable) while operating the object to other static stable state, discloses a mechanism for how the express it to move the whole body. なお、本発明では、物体が床に接したまま物体をロボット側に引きずって手先位置を斜線領域に移動させる方法は考慮していない。 In the present invention, a method of moving the hand position dragged object while the object is in contact with the floor on the robot side hatched region is not considered.

以上説明したように、本発明の擬似自由関節を有する非固定式ロボットによれば、物体を床から持ち上げる際、転倒せずに物体を終端状態へ移動させ、初期状態から静的不安定領域を通過して終端状態へ物体を持ち上げる場合においても転倒しない擬似自由関節を有する非固定型ロボットを提供することができる。 As described above, according to the non-stationary robot having a pseudo free joints of the present invention, when lifting the object from the floor, the object without overturning moved to the end state, a static unstable region from the initial state it is possible to provide a non-fixed type robot having a pseudo free joints not fall even when passing to lift the object to a terminal state.
また、本発明による擬似自由関節は、関節又はリンクを、駆動した状態ならびに自由にした状態に切り替えることができ、ZMPの概念に縛られずに非固定型ロボットの転倒を回避することができる。 Further, the pseudo free joint according to the invention, the joint or link, can be switched to the state in which the driving state and freedom, it is possible to avoid a fall of the non-fixed robot without being tied to the concept of ZMP.
また、本発明の擬似自由関節を有する非固定式ロボット制御方法は、系のダイナミクスを有効に利用して物体の運動を制御できる非固定型ロボット制御方法を提供することができる。 The non-fixed robot control method having a pseudo free joints of the present invention can provide a non-fixed robot control method capable of controlling the motion of the object by effectively utilizing the dynamics of the system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る非固定型ロボットについて説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a description will be given non-fixed robot according to an embodiment of the present invention.
まず、図1〜図5を参照して、本発明の実施形態に係る非固定型ロボットの構成について説明する。 First, with reference to FIGS. 1 to 5, the configuration of the non-fixed robot according to an embodiment of the present invention. 図1は、本発明の実施形態に係る擬似自由関節の構成を示す斜視図、図2は、他の実施形態に係る擬似自由関節の構成、図3は、擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車の歯の形状を変更した場合の状態を示す概略図、図4は、擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車の歯にテーパをかけた時の歯の状態を示す概略図、図5は、擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車をスライド式に形成したときの状態を示す斜視図である。 Figure 1 is a perspective view showing the structure of a pseudo-free joint according to an embodiment of the present invention, FIG. 2, the configuration of the pseudo free joint according to another embodiment, FIG. 3, the gear adjacent in the pseudo freedom joint schematic diagram illustrating a state of changing the shape of the teeth of one gear, Fig 4 is a schematic view showing a state of the teeth when applying the tapered teeth of one gear of the gear adjacent in the pseudo freedom joint 5 is a perspective view showing a state in which forms one of the gears of the gear adjacent the pseudo freedom joint sliding.

一般に、ロボットによる物体持ち上げなどのような動的な作業の場合、物体を操作するために物体に力を加えたり、物体の運動を妨げないように物体に繋がるリンクの運動を自由にさせたりすることが必要となる。 Generally, if the dynamic operations such as lifting the object by the robot, or to freedom or force is applied to the object, the movement of the link leading to the object so as not to interfere with the motion of the object to manipulate objects it is necessary. これを実現する一手法として、駆動源からの力がリンクに伝達されたり、伝達されずに自由な状態になったりするように関節を制御する方法がある。 As a method for realizing this, or the force from the drive source is transmitted to the link, there is a method of controlling the joints to or become a free state without being transmitted. この擬似的な自由運動状態を生成するために、本発明は、以下の構成を採用している。 To generate this pseudo free motion state, the present invention adopts the following configuration.

図1は、本発明の実施形態にかかる非固定式ロボットの関節を示す斜視図である。 Figure 1 is a perspective view showing a non-stationary robot joint according to an embodiment of the present invention.
この関節10は、アクチュエータ100と、シャフト23〜25と、歯車26〜29と、エンコーダ21,22と、アーム500とで構成されている。 The joint 10 includes an actuator 100, a shaft 23 to 25, a gear 26 to 29, an encoder 21, and a arm 500.
アクチュエータ100は、関節を動かすための力を与える作動部としての機能を有する。 The actuator 100 has a function as the working portion to provide a force for moving the joint.

歯車26〜29は、当該関節の動きを当該アクチュエータ100から当該関節以外の部位に伝達し、当該関節以外の部位を動かす第1の歯車26,第2の歯車27,第3の歯車28,第4の歯車29と、計4つの歯車から構成されている。 Gears 26 to 29, the movement of the joint is transferred from the actuator 100 to the portion other than the joint, a first gear 26 to move the site other than the joints, the second gear 27, third gear 28, the and fourth gear 29, and a total of four gears.
エンコーダ21,22は、当該関節の角度または負荷を検出するための第1のエンコーダ21,第2のエンコーダ22と、計2つのエンコーダから構成されている。 The encoder 21, 22, the first encoder 21 for detecting the angle or the load of the joint, the second encoder 22, and a total of two encoders.

シャフト23〜25は、各部位を連結するための部位で、第1シャフト23,第2シャフト24,第3シャフト25と、計3つのシャフトから構成されている。 Shaft 23 to 25, at the site for linking the respective portions, the first shaft 23, second shaft 24, the third shaft 25, and a total of three shafts. 第1シャフト2 The first shaft 2
3は、第1歯車26,第1エンコーダ21と、アーム500とを連結し、第2シャフト2 3, the first gear 26, the first encoder 21, connects the arms 500, the second shaft 2
4は、第2の歯車27,第2エンコーダ22と、第3歯車28とを連結し、第3シャフト25は、第4歯車29とアクチュエータ100とを連結している。 4, the second gear 27, a second encoder 22, and a third gear 28 connected, the third shaft 25 is coupled to the fourth gear 29 and the actuator 100.
そして、本発明の擬似自由関節は、特に、第1歯車26、第2歯車27を取り付けている第1シャフト23、第2シャフト24の各々に第1エンコーダ21、第2エンコーダ2 Then, the pseudo-free joints of the present invention, particularly, the first gear 26, a first shaft 23 which is mounted a second gear 27, the second respectively the first encoder 21 of the shaft 24, the second encoder 2
2を取り付けていることを特徴としている。 It is characterized in that attached to 2.

図1に示すように、歯車の噛み合う歯と歯との間には、隙間(バックラッシュ)が存在するのが一般的であるが、第1歯車26と第2歯車27とが噛み合う際に、歯と歯とが触れないように、第2歯車27を制御できれば、第1歯車26には力が加わらず、アーム5 As shown in FIG. 1, between the teeth which mesh with the gear, but the gap (backlash) is present it is generally, when the first gear 26 and second gear 27 meshes, to touch and the teeth, if control of the second gear 27, a force is not applied to the first gear 26, the arms 5
00の自由な運動が実現できる。 Free movement of 00 can be realized. そこで、第1歯車26と第2歯車27とが噛み合う際に、歯と歯とが触れないように第2歯車27を制御するための方法について以下に説明する。 Therefore, when the first gear 26 and second gear 27 meshes will be described below a method for controlling the second gear 27 so as not touched the teeth.

まず、図1に示すように、第1歯車26と第2歯車27のそれぞれに関節角を測定するセンサを装着する方法がある。 First, as shown in FIG. 1, there is a method of attaching a sensor for measuring the joint angle in the first gear 26, respectively of the second gear 27. 本実施形態では、このセンサとして第1エンコーダ21, In this embodiment, the first encoder 21 as the sensor,
第2エンコーダ22を用いている。 And using a second encoder 22. そして、第1エンコーダ21および第2エンコーダ2 The first encoder 21 and second encoder 2
2の計測値を用いれば、より高精度に第2歯車27が第1歯車26の歯に触れないようにアクチュエータ100を制御することが可能となる。 With the second measurement value, the second gear 27 it is possible to control the actuator 100 so as not to touch the teeth of the first gear 26 with higher accuracy.

また、図2に示すように、もしエンコーダの分解能が小さく高精度な制御が十分にできない場合は、アーム500に直結する第1歯車30に噛み合い、第1歯車30より歯数の多い第2歯車36を用いることによって、第1歯車30の回転運動を減速させれば良い。 Further, as shown in FIG. 2, if the if the resolution is high-precision control small encoder can not sufficiently, the first meshing with the gear 30, large number of teeth than the first gear 30 second gear directly connected to the arm 500 by using 36, it is sufficient to decelerate the rotational movement of the first gear 30.
なお、第3歯車37は、図1の第2歯車27に相当する。 The third gear 37 corresponds to the second gear 27 in FIG. 1.
次に、図1に戻り、第1歯車26と第2歯車27とが噛み合う部分のバックラッシュを大きくする方法として、第1,第2歯車26,27の軸間距離を変える方法は、歯車全体の配置に影響を与えるので良い方法とはいえない。 Next, returning to FIG. 1, a method of increasing the backlash of the portion between the first gear 26 and second gear 27 is engaged, the method of the first, varying the center distance between the second gear 26 and 27, the overall gear not a good method because it gives an effect on the placement. そこで、本実施形態では、歯車の歯の形状・大きさを自在に変える方法を採用している。 Therefore, in the present embodiment employs a method of changing the shape and size of the teeth of the gear freely.

そこで、図3に示すように、歯の幅と高さのそれぞれを変更することにより、同図右側の四角形内に示すようにバックラッシュを大きくすることが可能になる。 Therefore, as shown in FIG. 3, by changing the respective width and height of the teeth, it is possible to increase the backlash shown in the drawing in the right rectangle. また、前述したように、ロボットの物体操作ではアーム(リンク)を自由運動させたり、駆動させたりすることが自在にできることが要求されているので、バックラッシュの大きさを連続的に変動させることが望ましい。 Further, as described above, or to free movement of the arms (links) in the object manipulation robot, so that you can freely be or to driven is required, varying the size of the backlash continuously It is desirable

そこで、図4に示す片側にテーパをつけたテーパード歯を用いることを考える。 Therefore, considering that the use of tapered teeth tapers on one side shown in FIG. 図4( Figure 4 (
a)では、歯の高さは変わらないが、R側の歯の幅はL側に比べて細くなっている。 In a), the unchanged height of the teeth, the tooth width of the R side is thinner than the L side. また、同図4(b)では、R側の歯の高さがL側に比べて低くなっている。 Further, in the FIG. 4 (b), the height of the teeth of the R side is lower than the L side. 同図上側に3方向からのそれぞれの見取り図を示す。 Indicating the respective sketch of three directions in the drawing side.
図5は、図4(a)に示すテーパード歯を持つ第2歯車47を装着した機構を示す斜視図である。 Figure 5 is a perspective view showing a mechanism of mounting the second gear 47 having a tapered tooth shown in Figure 4 (a). 同図に示すように、第2歯車47がシャフト軸方向にスライド駆動できるようにすれば、同図の右側の四角内の図のように、第1歯車46と第2歯車47の噛み合い部のバックラッシュを小さくしたり大きくしたりすることが可能となる。 As shown in the figure, the second gear 47 if so can be driven slide in the axial direction of the shaft, as shown in the figure in the right square in the figure, a first gear 46 meshing portion of the second gear 47 it is possible or to increase or reduce the backlash. なお、図4(b) FIG. 4 (b)
のテーパード歯を用いても同様の効果が得られる。 It is used for tapered teeth similar effect can be obtained. したがって、アーム500を自由に運動させるには、R側の歯が第1歯車46の歯と歯との間に配置するように第2歯車47をスライドし、アーム500を駆動するには、L側の歯が第1歯車46と噛み合うように第2歯車47をスライドすればよい。 Therefore, in order to freely move the arm 500, to slide the second gear 47 as the teeth of the R side is disposed between the teeth of the first gear 46, drives the arm 500, L the second gear 47 may be slid as side teeth meshing with the first gear 46.

この方法を用いれば、アーム500などの完全なモデルを構築したり、アーム500が自由運動するための目標軌道を生成したりすることなく、ただ、第2歯車47を第1歯車46の歯に触れないようにアクチュエータ100を制御するだけで簡便に擬似的な自由関節を生成することが可能となる。 Using this method, or to build a complete model of such arm 500 without the arm 500 or generate the target trajectory for free movement, only the second gear 47 to the teeth of the first gear 46 conveniently only by controlling the actuator 100 so as not to touch it is possible to generate a pseudo-free joints.
なお、擬似的な自由関節を生成するために、従来のようなクラッチやERアクチュエータなどを用いると、関節重量が大きくなったり、大きな電力が必要となったり、現存のものを改造するのにコストがかかったりするなどの問題があるが、本発明では、このような問題に対処することができる。 Incidentally, the cost to produce a pseudo free joints and the like as in the prior art clutches and ER actuator, or joint weight is increased, or a large power is required, to modify those existing there are problems such as is it takes, but the present invention can address these problems.

次に、図6〜図9を参照して、本発明の非固定式ロボットの自由関節の動作について説明する。 Next, with reference to FIGS. 6-9, the operation of the free joints of the non-stationary robot of the present invention. 図6は、物体を持ち上げる際の非固定式ロボットの動作を段階的に示す図、(a Figure 6 is a view showing the operation of the non-stationary robot when lifting the object stepwise, (a
)は持ち上げる前、(b)は持ち上げる準備段階、(c)は持ち上げる直前、(d)は持ち上げる途中、(e)は持ち上げ後の終端状態を示す概略図である。 ) Before lifting is a schematic diagram showing just before the end state after the middle, (e) the lifting to (d) are lifted to lift (b) the preparation stage to lift, (c) is. 図7は、ZMPの概念による転倒回避方法を示す概略図、図8は、重心速度による転倒回避方法を示す概略図、図9は、自由関節運動を利用した重心の放物線運動を示す概略図、(a)はロボット重心の軌道、(b)は物体重心の軌道を示す図である。 Figure 7 is a schematic diagram showing a fall avoidance method according to the concept of ZMP, 8 is a schematic diagram showing a fall avoidance method according to the velocity of the center of gravity, Figure 9 is a schematic diagram showing a parabolic motion of the center of gravity using a free articulation, (a) the trajectory of the robot center of gravity, (b) is a diagram showing the trajectory of the object centroid.

以下、(1)力積(慣性力)を利用した物体操作方法と、(2)運動量を利用した転倒回避方法とに分けて説明する。 Hereinafter, (1) impulse and object manipulation method using (inertial force), will be described separately and fall avoidance method using (2) momentum.
(1)まず、図6を参照して、力積(慣性力)を利用した物体操作方法について説明する。 (1) First, referring to FIG. 6, the impulse (inertial force) Manipulation method utilizing explained.
背景技術で説明したように、物体をロボット側に引き寄せながら上げていく力が必要となり、反作用によりロボットは、物体側に引っ張られる力と重力方向の力を受けることになり、これらの力は、ロボットの重心や脚の位置を考慮すると、明らかにロボットを転倒するように働き、経路に沿って物体が移動するようにロボットが物体に力を加えると、静的に物体を保持するより、さらにロボットは倒れやすくなる。 As described in the background art, the force is increased while attracting the object to the robot side is required, the robot will experience a force and gravity direction of the force pulling the object side by the reaction, these forces, considering the position of the center of gravity and legs of the robot, apparently serve to overturn the robot, the robot so the object moves along the path applies force to an object, rather than holding a static object, further robot is likely to fall.

そこで、物体が床から離れた状態では、物体を引き寄せる力や物体を上げる力を発生させず、物体が床から離れる前に物体に力積を加えることによって生じる物体の運動を利用する方法を考える。 Therefore, in the state in which the object is separated from the floor, consider how to use without generating a force to increase the force or object to draw the object, the motion of the object caused by the addition of impulse to the object before the object is away from the floor . すなわち、静的に安定な初期状態から直接物体を持ち上げるのではなく、物体ならびにロボットの足底の位置を固定した状態でロボットが運動し、物体を持ち上げる前に持ち上げ動作に必要な運動量をロボット自身に蓄積し、その後、この運動量の一部を物体に瞬間的に与えて生じる物体速度によって物体を持ち上げる方法を考える。 That is, rather than lift the object directly from the statically stable initial state, the object and the robot is in motion while fixing the position of the foot sole of the robot, the robot itself the momentum necessary for lifting operation before lifting the object accumulate, then consider how to lift the object part of the momentum by the object speed occurs instantaneously applied to the object. その詳細を以下に示す。 It shows that in more detail below.

まず、物体が床から持ち上がる前に、物体を静止させたままでヒューマノイドが全身運動を行い持ち上げに必要な運動エネルギー(運動量)を生成する。 First, the object is before lifting from the floor, to produce the necessary kinetic energy to lift performs humanoid systemic movement while keeping stationary objects (momentum).
具体的には、まず、図6(a)に示す初期状態から図6(b)に示すように、物体に掴まりながら持ち上げ前に行う運動の開始姿勢へ移動する。 Specifically, first, as shown in FIG. 6 (b) from the initial state shown in FIG. 6 (a), moved to the start position of the exercise performed before lifting while caught on an object. このとき、ロボット1の重心の床への射影点が足底から外れる姿勢であっても、物体と床との摩擦が十分に大きく物体が傾かない場合、射影点が両足底と箱の底面との外側の縁で構成された支持多角形の内部にある限り、物体を支えようとすることによって転倒を防ぐことができる。 At this time, even posture projection points to the floor of the center of gravity of the robot 1 deviates from the sole, if the friction between the object and the floor from tipping is sufficiently large object, a bottom surface of the projection point feet bottom and the box as long as the inside of the outer supporting polygon composed of edges, it is possible to prevent a fall by trying prop up the object.

次に、物体を押しながらロボット1の上体を勢いよく起こすことによって大きな重心移動が生成され、図6(c)に示すように、ロボットが起き上がっていく途中で腕が伸びたとき、瞬間的な力により物体に大きな初速度が生じる。 Then, a large movement of the center of gravity is generated by causing vigorously upper body of the robot 1 while pressing the object, as shown in FIG. 6 (c), when the arm is extended on the way we get up the robot, momentarily a large initial velocity generated in the object by a force. このとき、ロボットのいくつかの関節を自由な動きができるようにすることによって物体の運動を妨げることなく、物体を床から持ち上げることが可能になる。 At this time, without interfering with the motion of the object by allowing some of the joints of the robot can free movement, it is possible to lift the object from the floor. このようにして、物体を持ち上げた後は、図6(d In this way, after lifting the object, FIG. 6 (d
)に示すように持ち上げ途中の段階を経て、図6(e)に示すように、終端状態に移行する。 ) In through so lift the intermediate stage shown, as shown in FIG. 6 (e), the process proceeds to the end state.

(2)次に、図7〜図9を参照して、運動量(力積)を利用した転倒回避方法について説明する。 (2) Next, with reference to FIGS, fall avoidance method using a momentum (impulse) will be described.
ロボットが床から離れた物体を把持しているときの状態を図7(a)のような第1〜第3リンクからなる3リンクアームのロボットで簡略化する。 Robot first to simplify the three link arm of the robot and a third link, such as a state FIGS. 7 (a) when gripping the object away from the floor. 同図では、第1リンク,第2 In the figure, the first link, second
リンクがロボット1の脚に相当し、第3リンクがロボット1の脚以外の全リンクと物体で構成される系に相当する。 Link corresponds to the leg of the robot 1, the third link is equivalent to a system composed in all links and objects other than the legs of the robot 1. 同図に示すように、系全体の重心の床面への射影点が支持多角形内(足底)にない場合、ロボットは静的に物体を把持することはできない。 As shown in the figure, the projection point of the floor of the center of gravity of the entire system may not be within the support polygon (plantar), robots can not grip the static object.

このような場合、ZMPの概念から考えると、図7(b)に示すように第3リンクの重心(点A)に少なくともX軸方向に(矢印X)加速度を発生させることによって生じる慣性力−Mxが必要となる。 In this case, considering the concept of ZMP, inertial force generated by at least the X-axis direction to generate the (arrow X) the acceleration in the third link of the center of gravity (point A) as shown in FIG. 7 (b) - Mx is required. この慣性力−Mxと重力−Mgとの合力が支持多角形の境界以外の内部を通るならば、ロボットの転倒を回避できるが、その慣性力−Mxを継続して発生させる必要がある。 If the resultant force of the inertia force -Mx and gravity -Mg passes inside other than the boundary of the supporting polygon, can be avoided overturning robot, it is necessary to continuously generated the inertial force -Mx. したがって、重心をX方向に加速し続けるために、同図の点線付近に系の重心が位置する安定な状態へ到達できる保証がない。 Therefore, in order to continue to accelerate the centroid in the X direction, there is no guarantee that can reach to a stable state in which the center of gravity of the system in the vicinity of the dotted line in the figure is located.

そこで、ZMPを規範とした転倒回避法では考慮されていない系の速度に着目する。 Therefore, in fall avoidance method with a norm ZMP is focused on the speed of the system that have not been considered. これまで、図7(a)の状態では、ロボットが転倒すると述べたが、第3リンクの重心に図8に示すような十分に大きい速度vがあり、かつこの速度vによって生じる運動を妨げなければ、系は図7(b)の点線で示す安定な状態へ到達することが可能となる。 Previously, in the state of FIG. 7 (a), but it said robot falls down, the center of gravity of the third link has a sufficiently large velocity v as shown in FIG. 8, and not interfere with the movement caused by the velocity v if, the system makes it possible to reach a stable state indicated by a dotted line in Figure 7 (b). 例えば、 For example,
同図中の3関節を自由関節のような状態にすれば、重心A点は図7(a)の点線で示すように自由放物線運動をすることができる。 If the third joint in the drawing in a state such as a free joint, the center of gravity A point can be freely parabolic motion as indicated by a dotted line in FIG. 7 (a). なお、足部の重さを考慮すれば、第1リンクが足部を強く引っ張らない限り足底が床から離れない。 Incidentally, considering the weight of the foot, plantar unless first link is not pull the foot does not leave the floor. また、実際には第1,第2リンクにも重さがあり、その重量によって重心A点の自由放物線運動が妨げられるので、厳密にはその影響を考慮して重心速度vを決める必要がある。 Moreover, in practice there is a first, also weighs the second link, since free parabolic motion of the center of gravity point A is prevented by the weight, strictly speaking, it is necessary to determine the center of gravity velocity v in consideration of the influence . しかしながら、多くの場合、第3リンクの重量に比べると、第1,第2リンクの重量は小さく、その影響も小さい。 However, in many cases, compared to the weight of the third link, the first, the weight of the second link is small, less the effect.

このように、図8に示すように十分な速度vがあれば、前述した図6においても、持ち上げ前に生成したロボットの運動量により、持ち上げ後も物体のみならず、ロボット自身にも足首鉛直線上(図6(c)の破線)の安定な位置へ移動する方向の速度が生成される。 Thus, if there is sufficient velocity v as shown in FIG. 8, also in FIG. 6 described above, by the motion of the robot which is generated before the lifting, also not an object only after lifting, the ankle vertical line to the robot itself direction of the velocity of moving to a stable position of the (broken line in FIG. 6 (c)) is generated.
この速度を利用すれば、ロボットの重心運動を妨げないようにロボットの関節、例えば脚の関節を自由関節の動きになるように制御することによって、図9(a)に示すように転倒を回避しながらロボット1自身の自然な起き上がる運動を保つことができ、安定な状態へ移動することが可能となる。 By using this speed, avoiding joint of the robot so as not to interfere with the center of gravity movement of the robot, for example, by controlling so that the legs of the joint movement of the free joints, tipping as shown in FIG. 9 (a) It can keep a natural rise motion of the robot 1 itself while it is possible to move to a stable state. 同時に、物体Wの自由な運動を妨げないように腕の関節を自由関節の動きになるように制御することによって、図9(b)に示すように物体の放物運動を実現することが可能となる。 At the same time, by controlling so that the arm joints so as not to interfere with the free movement of the object W becomes the movement of free joint can be achieved parabolic motion of the object as shown in FIG. 9 (b) to become.

そして、最後に、前述した図6(e)に示すように、物体やロボットの運動を減速させて、全重心の床への射影点が足底の支持多角形内にあるような終端状態にする。 And, finally, as shown in FIG. 6 described above (e), by decelerating the motion of the object and the robot, the terminal state, such as projection points to the total center of gravity bed is within the support polygon plantar to.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、この実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 Having thus described the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、非固定式ロボットの場合について説明したが、これに限定されず、固定式ロボットの場合にも擬似自由関節を用いることができる。 For example, in the above embodiment, the description has been given of the non-stationary robots, not limited to this, it is possible to use a pseudo-freedom joints in the case of stationary robots.

本発明の実施形態に係る擬似自由関節の構成を示す斜視図である。 Is a perspective view showing the configuration of a pseudo-free joint according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る擬似自由関節の構成を示す斜視図である。 Pseudo free joint structure according to another embodiment of the present invention is a perspective view showing. 本発明の実施形態に係る擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車の歯の形状を変更した場合の状態を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing one state of changing the shape of the gear teeth of the gear adjacent in the pseudo free joint according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車の歯にテーパをかけた時の歯の状態を示す概略図である。 It is a schematic view showing a state of the teeth when applying the tapered teeth of one gear of the gear adjacent in the pseudo free joint according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る擬似自由関節における隣り合う歯車同士の一方の歯車をスライド式に形成したときの状態を示す斜視図である。 One of the gears of the gear adjacent in the pseudo free joint according to an embodiment of the present invention is a perspective view showing a state when formed on the sliding. 物体を持ち上げる際の非固定式ロボットの動作を段階的に示す図である。 Is a diagram showing stepwise the operation of the non-stationary robot when lifting an object. (a)は持ち上げる前、(b)は持ち上げる準備段階、(c)は持ち上げる直前、(d)は持ち上げる途中、(e)は持ち上げ後の終端状態を示す概略図である。 (A) before lifting is a schematic diagram showing just before the end state after the middle, (e) the lifting to (d) are lifted to lift (b) the preparation stage to lift, (c) is. ZMPの概念による転倒回避方法を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing a fall avoidance method according to the concept of ZMP. 重心速度による転倒回避方法を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing a fall avoidance method according to the velocity of the center of gravity. 自由関節運動を利用した重心の放物線運動を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing a parabolic motion of the center of gravity using a free articulation. (a)はロボット重心の軌道、(b)は物体重心の軌道を示す図である。 (A) the trajectory of the robot center of gravity, (b) is a diagram showing the trajectory of the object centroid. 従来のロボットの関節駆動機構を示す斜視図である。 It is a perspective view showing a joint drive mechanism of a conventional robot. ロボットの静的安定状態における重心位置を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing the center of gravity position in the static stable state of the robot. ロボットが物体を持ち上げる際の重心移動を示す概略図である。 Robot is a schematic diagram showing the center of gravity movement when lifting the object. (a)は持ち上げる前、(b)は持ち上げた後の重心位置を示す。 (A) shows front, the center of gravity of after lifting the (b) lifting. ロボットの静的安定な手先可動領域を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing a static stable hand movable area of ​​the robot. (a)は物体が床に接している場合、(b)は物体が床に接していない場合を示す。 (A) if the object is in contact with the floor, a case (b) is not in contact object on the floor. ロボットが物体を持ち上げる際の経路を示す概略図である。 Robot is a schematic diagram showing paths when lifting the object. ロボットが物体を持ち上げる際の転倒回避のための手先の力を示す概略図である。 Robot is a schematic view showing a hand of a force for tipping avoidance when lifting the object. ロボットが物体を持ち上げるのに必要な手先の力の反力を示す概略図である。 Robot is a schematic diagram showing a reaction force of the required hand force to lift the object.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…非固定式ロボット、10…擬似自由関節、21…第1エンコーダ、22…第2エンコーダ、23…第1シャフト、24…第2シャフト、25…第3シャフト、26,30…第1歯車、27,36…第2歯車、28,37…第3歯車、29,38…第4歯車、100 1 ... non-fixed robot, 10 ... pseudo freedom joint, 21 ... first encoder, 22 ... second encoder, 23 ... first shaft, 24 ... second shaft, 25 ... third shaft, 26, 30 ... first gear , 27, 36 ... second gear, 28 and 37 ... third gear, 29 and 38 ... fourth gear, 100
…アクチュエータ、200…エンコーダ(従来)、300…歯車(従来)、410,42 ... actuator, 200 ... encoder (prior art), 300 ... wheel (conventional), 410,42
0,430…シャフト、500…アーム 0,430 ... shaft, 500 ... arm

Claims (7)

  1. 関節を動かすための力を与えるアクチュエータと、当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達し、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車と、当該関節の角度または負荷を検出するために取り付けられたエンコーダを備え、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げることを特徴とする擬似自由関節を有する非固定式ロボット。 An actuator providing a force for moving the joint, and a plurality of gears mounted on the plurality of shafts to the motion of the joint is transferred from the actuator to the portion other than the joint, moving the site other than the joints, the comprising an encoder mounted to detect the angle or load of the joint, wherein the encoder is attached to each of the shaft wearing the pair of gears meshing of the plurality of gears, each other of said pair of gears and it can generate pseudo free movement by controlling such teeth touch, when lifting an object, that lift the object while avoiding overturning by the free movement and stored momentum to lift the object non fixed robot having a pseudo free joints, characterized.
  2. 前記擬似自由関節は、前記一対の歯車の互いの歯の幅または高さを変更することによって、噛み合う部分のバックラッシュを変動することを特徴とする請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボット。 The pseudo freedom joint, by changing the width or height of the teeth of each other of said pair of gears, non having pseudo freedom joint according to claim 1, characterized in that varying backlash portion meshing fixed robot.
  3. 前記擬似自由関節は、前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯にテーパをかけて連続的に動作可能にしたことを特徴とする請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボット。 The pseudo freedom joint, non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 1, characterized in that to allow continuous operation over a taper teeth of one gear of the pair of gears.
  4. 前記擬似自由関節は、前記一対の歯車のうち一方の歯車を、当該一方の歯車が装着されているシャフトの軸方向に滑走可能に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボット。 The pseudo freedom joint, one of the gears of the pair of gears, pseudo according to claim 1, said one gear, characterized in that mounted for sliding in the axial direction of the shaft that is mounted non-fixed robot having a free joint.
  5. 前記一対の歯車は、前記アクチュエータからの力の伝達経路が最も長い位置に配置された一対の歯車であることを特徴とする請求項1に記載の擬似自由関節を有する非固定式ロボット。 The pair of gears, the non-fixed robot having a pseudo free joint according to claim 1, wherein the transmission path of force from the actuator is a pair of gears arranged in the longest position.
  6. 関節を動かすための力を与えるアクチュエータと、当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達し、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車と、当該関節の角度または負荷を検出するために取り付けられたエンコーダを備え、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げることを特徴とする擬似自由関節。 An actuator providing a force for moving the joint, and a plurality of gears mounted on the plurality of shafts to the motion of the joint is transferred from the actuator to the portion other than the joint, moving the site other than the joints, the comprising an encoder mounted to detect the angle or load of the joint, wherein the encoder is attached to each of the shaft wearing the pair of gears meshing of the plurality of gears, each other of said pair of gears and it can generate pseudo free movement by controlling such teeth touch, when lifting an object, that lift the object while avoiding overturning by the free movement and stored momentum to lift the object pseudo-freedom joint, characterized.
  7. アクチュエータによって関節を動かすための力を与えるステップと、当該関節以外の部位を動かすために複数のシャフトに取り付けられた複数の歯車によって当該関節の動きを当該アクチュエータから当該関節以外の部位に伝達するステップと、エンコーダによって当該関節の角度または負荷を検出するステップを含み、前記エンコーダは、前記複数の歯車のうち噛み合う一対の歯車を装着しているシャフトの各々に取り付けられ、前記一対の歯車の互いの歯が触れないように制御することにより擬似的な自由運動を生成可能とし、 And providing a force for moving the joint by an actuator, the step of transmitting the movement of the joint by a plurality of gears mounted on the plurality of shafts to move the portion other than the joint portions other than the joint from the actuator When comprising the step of detecting the angle or the load of the joint by the encoder, the encoder is attached to each of the shaft wearing the pair of gears meshing of the plurality of gears, each other of said pair of gears and it can generate pseudo free movement by controlling so teeth do not touch,
    物体を持ち上げる際、当該物体を持ち上げるために蓄積された運動量と前記自由運動により転倒を回避しながら物体を持ち上げることを特徴とする擬似自由関節を有する非固定式ロボット制御方法。 When lifting the object, non-fixed robot control method having a pseudo free joints, characterized in that lifting the object while avoiding overturning by the free movement and stored momentum to lift the object.
JP2006032351A 2006-02-09 2006-02-09 Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint Pending JP2007210065A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006032351A JP2007210065A (en) 2006-02-09 2006-02-09 Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006032351A JP2007210065A (en) 2006-02-09 2006-02-09 Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007210065A true JP2007210065A (en) 2007-08-23

Family

ID=38488919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006032351A Pending JP2007210065A (en) 2006-02-09 2006-02-09 Non-fixed type robot having virtual free joint and control method for it, and pseudo free joint

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007210065A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005035205A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Robot controlling device
JP3726130B2 (en) * 2002-02-12 2005-12-14 国立大学法人 東京大学 Backlash clutch and the robot joint mechanism equipped with it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3726130B2 (en) * 2002-02-12 2005-12-14 国立大学法人 東京大学 Backlash clutch and the robot joint mechanism equipped with it
WO2005035205A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Robot controlling device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mosher Handyman to hardiman
Liu et al. Multisensory five-finger dexterous hand: The DLR/HIT Hand II
US8005573B2 (en) Control device for legged mobile robot
KR100977348B1 (en) Operation control device for leg-type mobile robot and operation control method, and robot device
US6917175B2 (en) Robot and joint device for the same
CN100381259C (en) Legged mobile robot
US5159988A (en) Articulated structure for legged walking robot
Kajita et al. A hop towards running humanoid biped
US8291788B2 (en) Rotary series elastic actuator
Kajita et al. ZMP-based biped running control
KR100937268B1 (en) Legged mobile robot and method of controlling operation of the robot
US8060253B2 (en) Systems and methods for controlling a legged robot based on rate of change of angular momentum
US6564888B1 (en) Biped mobile robot
US8641782B2 (en) Compact exoskeleton arm support device to compensate for gravity
JP3726096B2 (en) Gait generating device of a legged mobile robot
Shih Ascending and descending stairs for a biped robot
US9346163B2 (en) Robot, robot control device, robot control method, and robot control program
Pfeiffer et al. The concept of jogging johnnie
JP4595727B2 (en) External force estimation system and the external force estimation method, and computer program
JP5109573B2 (en) Control system and method, and a robot apparatus
WO2003092968A1 (en) Attitude control device of mobile robot
WO2003078110A1 (en) Robot device, legged locomotion robot operation control device and operation control method, legged locomotion robot sensor system, and locomotion device
JPH05318340A (en) Walking forming device for leg type moving robot
Ono et al. Self-excited walking of a biped mechanism with feet
JP2004306231A (en) Robot motion control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080905

A977 Report on retrieval

Effective date: 20100617

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20100622

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20100817

A521 Written amendment

Effective date: 20100817

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A521 Written amendment

Effective date: 20100817

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20110111

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111018