JP2018158434A

JP2018158434A - 受動的コンプライアンス機構

Info

Publication number: JP2018158434A
Application number: JP2017184016A
Authority: JP
Inventors: 麦克斯威勒; Michael Schweigler; 彭志誠; Chih-Cheng Peng; 鮑朝安; Chao-An Pao; 易子民; Tzu-Min Yi; 朱威穎; Wei Ying Chu
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: TWI593527B; PL3378609T3; EP3378609A1; TW201834806A; EP3378609B1; JP6571147B2; HUE044566T2; US20180275640A1; ES2748125T3

Abstract

【課題】剛性の大きさを調整できる受動的コンプライアンス機構を提供する。【解決手段】固定部材と、ベースと、剛性調整アセンブリとを備え、前記ベースは、前記固定部材に設置され、且つ２つのノッチと弾性スライスとを備え、前記２つのノッチが並んで配置され、前記弾性スライスが前記２つのノッチの間に配置され、前記固定部材の外周方向に向かって前記ベースから外側に突出し、前記弾性スライスの第１端部が前記ベースに接続され、前記弾性スライスの第２端部が前記固定部材の外周の近傍に位置し、前記剛性調整アセンブリは、前記固定部材に設置され、且つリニアガイドと、摺動ブロックと、２つの係止ブロックとを備え、前記リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記弾性スライスと位置合わせされ、前記摺動ブロックは、前記リニアガイドに移動可能に設置され前記２つの係止ブロックは、前記摺動ブロックと同期して移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、受動的コンプライアンス機構に関し、より詳細には、剛性の大きさを調整することができる受動的コンプライアンス機構に関する。

近年、科学技術の発達に伴い、生産速度の向上や人件費の低減を目的として、ロボットが様々な分野で広く利用されている。場合によっては、ロボットにコンプライアンス機構が装備されている。コンプライアンス機構を用いることで、組立工程の柔軟な動作に適合し、ユーザ（例えば、サービスロボット）と直接接触するロボットの安全性を高めることができる。コンプライアンス機構によって、ロボットは適合特性を有する。一般に、コンプライアンス機構は、２つのタイプ、すなわち、能動的コンプライアンス機構と受動的コンプライアンス機構とに分けられる。エネルギーを吸収するか又は取り込む動作を生成することによって、受動的コンプライアンス機構は、コンプライアンスを達成する。応答速度が非常に速いため、受動的コンプライアンス機構は、様々な種類のロボットに広く適用されている。

従来、受動的コンプライアンス機構は、コンプライアンスの効果を達成するためにバネの弾性力を利用している。しかし、従来の受動的コンプライアンス機構に使用されているバネの弾性係数は定数であるため、従来の受動的コンプライアンス機構の剛性は固定されてしまって調整することができない。従来の受動的コンプライアンス機構が異なる作業環境又は異なるロボットに適用される場合、剛性を調整する必要がある。剛性を調整する従来の手法では、スプリングを新しいものに置き換えるか、又は受動的コンプライアンス機構の設計を変更している。すなわち、従来の受動的コンプライアンス機構を応用するのは十分ではなく、製造コストが高いといえる。

つまり、上記の欠点を克服するために改良された受動的コンプライアンス機構を提供する必要がある。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するために剛性の大きさを調整することができる受動的コンプライアンス機構を提供することにある。

本発明によれば、固定部材と、ベースと、剛性調整アセンブリとを備え、前記ベースは、前記固定部材に設置され、且つ２つのノッチと弾性スライスとを備え、前記２つのノッチが並んで配置され、前記弾性スライスが前記２つのノッチの間に配置され、前記固定部材の外周方向に向かって前記ベースから外側に突出し、前記弾性スライスの第１端部が前記ベースに接続され、前記弾性スライスの第２端部が前記固定部材の外周の近傍に位置し、前記剛性調整アセンブリは、前記固定部材に設置され、且つリニアガイドと、摺動ブロックと、２つの係止ブロックとを備え、前記リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記弾性スライスと位置合わせされ、前記摺動ブロックは、前記リニアガイドに移動可能に設置され前記２つの係止ブロックは、前記摺動ブロックと同期して移動し、前記弾性スライスを前記弾性スライスの２つの対向する側部と接触してクランプし、前記ベースの剛性は、前記弾性スライスのクランプ位置に応じて調整可能である、受動的コンプライアンス機構が提供される。

本発明の別の観点によれば、固定部材と、ベースと、第１剛性調整アセンブリと、剛性切換モジュールとを備え、前記ベースは、前記固定部材に設置され、且つ第１及び第２ノッチと弾性スライスとを備え、前記弾性スライスは、前記ベース上に設置され、前記第１ノッチに収容され、前記固定部材の外周方向に向かって前記ベースから外側に突出し、前記弾性スライスの第１端部が前記ベースに接続され、前記弾性スライスの第２端部が前記固定部材の外周の近傍に位置し、前記第１剛性調整アセンブリは、前記固定部材に設置され、且つ第１リニアガイドと、第１摺動ブロックと、２つの第１係止ブロックとを備え、前記第１リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記弾性スライスと位置合わせされ、前記第１摺動ブロックは、前記第１リニアガイドに移動可能に設置され、前記２つの第１係止ブロックは、前記第１摺動ブロックと同期して移動し、前記弾性スライスを前記弾性スライスの２つの対向する側部と接触してクランプし、前記ベースの剛性は、前記弾性スライスのクランプ位置に応じて調整可能であり、前記剛性切換モジュールは、前記固定部材に設置され、第２リニアガイドと、第２摺動ブロックと、第２係止ブロックとを備え、前記第２リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記第２摺動ブロックは、前記第１リニアガイドに移動可能に設置され、第１又は第２位置に切換可能に移動し、前記第２係止ブロックは、前記第２摺動ブロックに固定され、前記第２摺動ブロックと同期して移動し、前記第２摺動ブロックが前記第１位置に移動すると前記第２係止ブロックが前記第２ノッチに移動して且つ係合し、これにより前記ベースが最大剛性を有することとなり、前記第２係止ブロックが第２ノッチから外れる、受動的コンプライアンス機構が提供される。

本発明の上記の内容は、以下の詳細な説明及び添付の図面を検討した後、当業者にはより容易に明らかになるであろう。

本発明の第１実施形態に係る受動的コンプライアンス機構を示す概略斜視図である。

図１の受動的コンプライアンス機構の変形例を示す概略斜視図である。

本発明の第２実施形態に係る受動的コンプライアンス機構を示す概略斜視図である。

図３の受動的コンプライアンス機構を示す概略上面図である。

図３の受動的コンプライアンス機構の変形例を示す概略斜視図である。

図３の受動的コンプライアンス機構の別の変形例を示す概略上面図である。

以下、本発明を実施形態を用いて具体的に説明する。本発明の好ましい実施形態に係る以下の説明は、例示及び説明のみを目的として本明細書に提示されることに留意されたい。包括的であること、又は開示された形態そのものに限定されることを意図するものではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る受動的コンプライアンス機構を示す概略斜視図である。図１に示すように、受動的コンプライアンス機構１０は、サービスロボット、協調ロボット、産業用ロボット又はその他の適切なロボットに適用される。受動的コンプライアンス機構１０は、ロボットの腕や脚の関節に設置されている。一実施形態では、受動的コンプライアンス機構１０は、固定部材１１と、ベース１２と、剛性調整アセンブリ１３とを備える。

固定部材１１は、ロボットの関節に組み付けられる。ベース１２は、軸受（図示せず）を介して固定部材１１に設置されている。ベース１２は、可撓性（又は弾性）を有する材料で作られている。ベース１２に外力が作用すると、ベース１２はその剛性の大きさに応じて弾性変形する。これにより、ベース１２は固定部材１１に対して相対的に移動する。このとき、ベース１２がコンプライアンスを提供する。この実施形態では、ベース１２は、２つのノッチ１２１と弾性スライス１２２とを含む。２つのノッチ１２１は、並んで配置される。また、２つのノッチ１２１は、ベース１２の外周からベース１２の中心に向かう方向に凹状に形成されている。弾性スライス１２２は、２つのノッチ１２１の間に配置されている。また、弾性スライス１２２は、弾性スライス１２２の一端は固定部材１１の外周側に位置している。弾性スライス１２２の他端は固定部材１１の外周側に位置している。好ましくは、弾性スライス１２２はベース１２と一体的に形成されている。

剛性調整アセンブリ１３は、固定部材１１上に設置される。一実施形態において、剛性調整アセンブリ１３は、リニアガイド１３１、摺動ブロック１３２、及び２つの係止ブロック１３３を含む。また、リニアガイド１３１は、弾性スライス１２２と並んでいる。リニアガイド１３１には、摺動ブロック１３２が移動可能に設置されている。２つの係止ブロック１３３は、摺動ブロック１３２に固定配置されており、２つの係止ブロック１３３は、弾性スライス１２２の２つの対向する側部と接触する。その結果、弾性スライス１２２は、２つの係止ブロック１３３によってクランプ（押し付けられて固定）される。ベース１２の剛性は、２つの係止ブロック１３３によってクランプされた弾性スライス１２２の位置に基づいて調整可能である。２つのノッチ１２１、弾性スライス１２２及び剛性調整アセンブリ１３を合わせて、第１剛性調整モジュールとして規定される。第１剛性調整モジュールは、ベース１２の剛性の大きさを調整するものである。

好ましくは、２つのノッチ１２１の大きさ及び形状は、２つの係止ブロック１３３の大きさ及び形状と一致することが好ましいが、これに限定されるものではない。２つのノッチ１２１は、ベース１２の外周からベース１２の中心に向かって、２つの係止ブロック１３３が２つのノッチ１２１に係合することができる。上述したように、２つの係止ブロック１３３は、摺動ブロック１３２と共に移動する。２つのノッチ１２１により、ベース１２は最大の剛性を有する。一方、ベース１２に外力が加えられても、２つの係止ブロック１３３が２つのノッチ１２１に係合しているため、ベース１２は弾性変形しない。これにより、ベース１２が固定部材に間接的に固定されるベース１２は固定部材１１に対して弾性変形しないので、ベース１２の剛性は固定部材１１の剛性と同じくらいであるといえる。２つの係止ブロック１３３が２つのノッチ１２１から取り外され、２つのノッチ１２１から外れると、２つの係止ブロック１３３は、弾性スライス１２２の第１端部と第２端部との間で移動する。その結果、２つの係止ブロック１３３によってクランプされている。更に、弾性スライス１２２の第１端部と弾性スライス１２２のクランプ位置との間の距離は、弾性スライス１２２の利用可能な長さであるといえる。ベース１２の剛性の大きさは、弾性スライス１２２の利用可能な長さに依存する。すなわち、弾性スライス１２２のクランプ位置が変更されると、ベース１２の剛性の大きさが変更される。弾性スライス１２２のクランプ位置が弾性スライス１２２の第２端部により近い場合、ベース１２の剛性はより低くなる。一方、弾性スライス１２２のクランプ位置が弾性スライス１２２の第１端部により近い場合、ベース１２の剛性はより高くなる。

上記の説明の通り、受動的コンプライアンス機構１０の可撓性（又は弾性）ベース１２は、衝撃を吸収することができる。その結果、受動的コンプライアンス機構１０及び受動的コンプライアンス機構１０を備えたロボットは、コンプライアンスを達成することができる。更に、ベース１２の剛性は、剛性調整アセンブリ１３を介して調整することができる。その結果、受動的コンプライアンス機構１０のコンプライアンスが対応して調整される。受動的コンプライアンス機構１０は、部品を交換することなく、又は設計を変更することなく、多くの種類のロボットに適用することができる。例えば、ベース１２の剛性を最大値に調整すれば、高剛性が要求される産業用ロボットにも受動的コンプライアンス機構１０が好適に適用される。ベース１２の剛性をより低い値に調整すれば、受動的コンプライアンス機構１０は、高いコンプライアンスを必要とするサービスロボットに適切に適用される。或いは、受動的コンプライアンス機構１０は、ユーザと協働する協調ロボットに適切に適用される。このように、本発明の受動的コンプライアンス機構１０は、使い勝手が良く、費用効果が高いといえる。

いくつかの実施形態では、弾性スライス１２２の第１端部の高さは弾性スライス１２２の第２端部の高さに等しい。弾性スライス１２２の高さは、弾性スライス１２２の第１端部から第２端部に向かって徐々に低くなり、これにより弾性スライス１２２のクランプ位置に応じてベース１２の調整可能な剛性範囲を増加させる。

ここで、図１を再び参照する。受動的コンプライアンス機構１０は、ケーブルロープ１６とモータ１５とを更に備える。ケーブルロープ１６は、モータ１５と摺動ブロック１３２との間に接続される。ケーブルロープ１６がモータ１５によって駆動されると、ケーブルロープ１６によって摺動ブロック１３２が牽引される。これにより、摺動ブロック１３２がリニアガイド１３１に沿って移動する。なお、摺動ブロック１３２のリニアガイド１３１に沿った移動の駆動方法は限定されない。例えば、別の実施形態では、摺動ブロック１３２の動きは、電磁誘導によって駆動される。

固定部材１１は、隆起ブロック１１１を更に備える。ベース１２は更に、隆起ブロック１１１に対応する開口部１２３を含む。隆起ブロック１１１が開口部１２３を貫通した後、ベース１２は隆起ブロック１１１の周りに外被される。これにより、ベース１２が固定部材１１に設置される。受動的コンプライアンス機構１０は、中空管１９を更に備える。中空管１９は、固定部材１１の中心と隆起ブロック１１１の中心とを貫通している。ケーブルロープ１６の一部又は受動的コンプライアンス機構１０の他のワイヤは、中空管１９を介して配線することができる。その結果、受動的コンプライアンス機構１０の動作は、ケーブルロープ１６又はワイヤによって悪影響を受けることはない。

更に、剛性調整アセンブリ１３は、２つの位置規制構造１３４を更に備える。２つの位置規制構造１３４は、固定部材１１上に別個に配置される。２つの位置規制構造１３４のうちの１つは、固定部材１１の中心近傍に配置される。２つの位置規制構造１３４の他方は、固定部材１１の外周近傍に位置している。２つの位置規制構造１３４の間の範囲は、実質的に摺動ブロック１３２の可動範囲である。可動範囲の長さは、２つのノッチ１２１から弾性スライス１２２の第２端部までの２つの係止ブロック１３３の変位よりわずかに大きいか、又は等しい。摺動ブロック１３２は、突起構造１３５を更に備える。突起構造１３５は、摺動ブロック１３２の側部から突出している。更に、突起構造１３５は、２つの位置規制構造１３４の間に配置される。摺動ブロック１３２がリニアガイド１３１に沿って移動する間、突起構造１３５（又は摺動ブロック１３２）の可動範囲は、２つの位置規制構造１３４によって規制される。すなわち、２つのノッチ１２１に２つの係止ブロック１３３を移動させて２つのノッチ１２１に係合させると、摺動ブロック１３２を固定部材１１の中心に向けて連続的に移動させることができない。同様に、２つの係止ブロック１３３が弾性スライス１２２の第２端部に対応する位置に移動されると、摺動ブロック１３２は、固定部材１１の外周に向かって連続的に移動することができない。

一実施形態では、受動的コンプライアンス機構１０は、センサ１４を更に備える。センサ１４はベース１２と位置合わせされ、固定部材１１上に設置される。センサ１４は、弾性変形に応じてベース１２の固定部材１１に対する変位を測定するために用いられる。ベース１２の剛性の大きさが得られ、ベース１２の変位がセンサ１４によって測定された後、受動的コンプライアンス機構１０のトルクが計算される。その結果、受動的コンプライアンス機構１０は、トルクを感知することができる。別の実施形態では、センサ１４は、受動的コンプライアンス機構１０のトルク角を測定するために使用される。

剛性の調整の精度を高めるために、受動的コンプライアンス機構の変形例を提供することもできる。
図２は、図１の受動的コンプライアンス機構の変形例を示す概略斜視図である。この実施形態では、受動的コンプライアンス機構１０'は、第２剛性調整モジュールを更に備える。第２剛性調整モジュールは、２つのノッチ１２１と、弾性スライス１２２と、剛性調整アセンブリ１３とを備える。第２剛性調整モジュールの構成要素、関係及び機能は、第１剛性調整モジュールの構成要素、関係及び機能と同様であり、ここでは重複して説明しない。一実施形態では、第１剛性調整モジュール及び第２剛性調整モジュールは、固定部材１１の２つの対向する側に配置される。別の実施形態では、第１剛性調整モジュール及び第２剛性調整モジュールは、互いに近接して配置される。第１剛性調整モジュールと第２剛性調整モジュールは、互いに協働してベースの剛性を調整する。いくつかの他の実施形態では、受動的コンプライアンス機構は、実際の要件に応じて少なくとも３つの剛性調整モジュールを含む。

図３は、本発明の第２実施形態に係る受動的コンプライアンス機構を示す概略斜視図である。図４は、図３の受動的コンプライアンス機構を示す概略上面図である。受動的コンプライアンス機構２０は、サービスロボット、協調ロボット、産業用ロボット又はその他の適切なロボットに適用される。受動的コンプライアンス機構２０は、ロボットの腕や脚の関節に設置されている。一実施形態では、受動的コンプライアンス機構２０は、固定部材２１と、ベース２２と、第１剛性調整アセンブリ２３と、剛性切換モジュール２４とを備える。

固定部材２１は、ロボットの関節に組み付けられる。ベース２２は、軸受（図示せず）を介して固定部材２１に設置されている。ベース２２は、可撓性（又は弾性）材料で作られている。ベース２２に外力が加えられると、ベース２２は、ベース２２の剛性の大きさに応じて弾性変形する。これにより、ベース２２が固定部材２１に対して相対的に移動する。この状況下では、ベース２２は準拠機能を提供する。この実施形態では、ベース２２は、第１ノッチ２２４と、第２ノッチ２２１と、弾性スライス２２２とを備える。好ましくは、限定されるものではないが、第２ノッチ２２１は扇形のノッチである。また、第２ノッチ２２１は、ベース２２の外周からベース２２の中心に向かう方向に凹状に形成されている。弾性スライス２２２は、ベース２２と組み付けられ、第１ノッチ２２４内に配置される。また、弾性スライス２２２は、ベース２２から固定部材２１の外周方向に向かって外側に突出している。弾性スライス２２２の第１端部は、ベース２２に接続されている。弾性スライス２２２の第２端部は、固定部材２１の外周の近くに配置されている。一実施形態では、弾性スライス２２２は、ベース２２と組み付けられる。或いは、弾性スライス２２２はベース２２と一体的に形成される。更に、第１ノッチ２２４は、弾性スライス２２２を介して２つの収容空間に分割される。更に、第１ノッチ２２４及び第２ノッチ２２１は、ベース２２の２つの対向する側部に配置されている。

第１剛性調整アセンブリ２３は、固定部材２１上に設置される。一実施形態では、第１剛性調整アセンブリ２３は、第１リニアガイド２３１、第１摺動ブロック２３２、及び２つの第１係止ブロック２３３を備える。第１リニアガイド２３１は、固定部材２１に設置される。更に、第１リニアガイド２３１は弾性スライス２２２と位置合わせされる。第１摺動ブロック２３２は、第１リニアガイド２３１に移動可能に設置される。２つの第１係止ブロック２３３は、第１摺動ブロック２３２に固定配置され、第１摺動ブロック２３２と同期移動する。更に、２つの第１係止ブロック２３３は、弾性スライス２２２の２つの対向する側部と接触する。その結果、弾性スライス２２２は、２つの第１係止ブロック２３３によってクランプされる。ベース２２の剛性は、２つの第１係止ブロック２３３によってクランプされた弾性スライス２２２の位置に基づいて調整可能である。更に、弾性スライス２２２の第１端部と弾性スライス２２２のクランプ位置との間の距離は、弾性スライス２２２の利用可能な長さである。ベース２２の剛性の大きさは、弾性スライス２２２の利用可能な長さの影響を受ける。すなわち、弾性スライス２２２のクランプ位置が変更されると、ベース２２の剛性の大きさが変更される。弾性スライス２２２のクランプ位置が弾性スライス２２２の第２端部により近い場合、ベース２２の剛性はより低くなる。一方、弾性スライス２２２のクランプ位置が弾性スライス２２２の第１端部により近い場合、ベース２２の剛性はより高くなる。２つの第１係止ブロック２３３が弾性スライス２２２の第１端部に移動されると、２つの第１係止ブロック２３３が第１ノッチ２２４の収容空間内にそれぞれ収容される。更に、第１ノッチ２２４、弾性スライス２２２及び第１剛性調整アセンブリ２３は、これらを合わせて第１剛性調整モジュールとして規定される。第１剛性調整モジュールは、ベース２２の剛性の大きさを調整するものである。

剛性切換モジュール２４は、固定部材２１に設置され、第２ノッチ２２１と位置合わせされる。一実施形態では、剛性切換モジュール２４は、第２リニアガイド２４１、第２摺動ブロック２４２、及び第２係止ブロック２４３を備える。第２リニアガイド２４１は、固定部材２１に設置され、第２ノッチ２２１と位置合わせされる。第２摺動ブロック２４２は、第２リニアガイド２４１に移動可能に設置される。更に、第２摺動ブロック２４２は、第１位置又は第２位置に移動させることができる。第２係止ブロック２４３は、第２摺動ブロック２４２に固定配置され、第２摺動ブロック２４２と同期移動する。

第２摺動ブロック２４２が第１位置に移動されると、第２係止ブロック２４３は第２ノッチ２２１に移動して第２ノッチ２２１に係合し、ベース２２は最大剛性を有する。一方、ベース２２に外力が加えられたとしても、第２係止ブロック２４３が第２ノッチ２２１に係合しているので、ベース２２は弾性変形しない。これにより、ベース２２が固定部材２１に間接的に固定される。ベース２２は固定部材２１に対して弾性変形しないので、ベース２２の剛性は固定部材２１の剛性と同様である。第２摺動ブロック２４２が第２位置に移動すると、第２係止ブロック２４３は第２ノッチ２２１から完全に外れる。

ベース２２の最大剛性を得るために、第２摺動ブロック２４２が第１位置に移動される。これにより、第２係止ブロック２４３が第２ノッチ２２１に移動して第２ノッチ２２１と係合する。ベース２２の剛性を動的に調整するために、第２摺動ブロック２４２が第２位置に移動される。第１係止ブロック２３３による弾性スライス２２２のクランプ位置が変更されると、ベース２２の剛性の大きさが調整される。

一実施形態では、受動的コンプライアンス機構２０は、磁気駆動モジュール１７を更に備える。磁気駆動モジュール１７は、固定部材２１に設置され、第１摺動ブロック２３２の近傍に配置される。磁気駆動モジュール１７は、電磁誘導によって、第１リニアガイド２３１に沿って第１摺動ブロック２３２を駆動する。なお、第１摺動ブロック２３２の第１リニアガイド２３１に沿った移動の駆動方法は限定されない。例えば、第１実施形態で説明したように、リニアガイドに沿って摺動ブロックを牽引するためにモータをケーブルロープに駆動することも可能である。上記の駆動方法は、第２リニアガイド２４１に沿って第２摺動ブロック２４２の動きを駆動するために剛性切換モジュール２４を駆動するために使用することができる。受動的コンプライアンス機構２０は、中空管２９を更に含む。中空管２９は、固定部材２１及びベース２２を走行させる。受動的コンプライアンス機構２０のケーブルロープ又は他のワイヤの一部は、中空管２９を通して配線することができる。その結果、受動的コンプライアンス機構２０の動作は、ケーブルロープ又はワイヤによって悪影響を受けることはない。

図４に示すように、弾性スライス２２２の第１端部の高さは、弾性スライス２２２の第２端部の高さに等しい。図５は、図３の受動的コンプライアンス機構の変形例を示す概略斜視図である。弾性スライス２２２'の高さは、弾性スライス２２２'の第１端部から第２端部に向かって徐々に低くなり、これにより弾性スライス２２２'のクランプ位置に応じてベース２２の調整可能な剛性範囲を増加させる。その結果、受動的コンプライアンス機構２０'による剛性の調整の効率が高まる。

剛性の調整の精度を高めるために、受動的コンプライアンス機構の変形例を提供することができる。図６は、図３の受動的コンプライアンス機構の別の変形例を示す概略上面図である。この実施形態では、受動的コンプライアンス機構２０'は、第２剛性調整モジュールを更に備える。第２剛性調整モジュールは、第１ノッチ２２４と、弾性スライス２２２と、第１剛性調整アセンブリ２３とを備える。第２剛性調整モジュールの構成要素、関係及び機能は、第１剛性調整モジュールの構成要素、関係及び機能と同様であり、ここでは重複して説明しない。一実施形態では、第１剛性調整モジュール及び第２剛性調整モジュールは、固定部材２１の２つの対向する側部に配置される。別の実施形態では、第１剛性調整モジュール及び第２剛性調整モジュールは、互いに近接して配置される。第１剛性調整モジュールと第２剛性調整モジュールは、互いに協働してベースの剛性を調整する。いくつかの他の実施形態では、受動的コンプライアンス機構は、実際の要件に応じて少なくとも３つの剛性調整モジュールを含む。

以上の説明の通り、本発明は受動的コンプライアンス機構を提供する。剛性調整アセンブリは、ベースの剛性を調整するために使用される。受動的コンプライアンスメカニズムは、コンポーネントの交換や設計の変更を必要とせずに、多くの種類のロボットに適用できる。例えば、ベースの剛性を最大値に調整すれば、高剛性が要求される産業用ロボットには、受動的コンプライアンス機構が好適に適用される。ベースの剛性をより低い値に調整すれば、高いコンプライアンスが要求されるサービスロボットに受動的コンプライアンス機構が適切に適用できる。或いは、受動的コンプライアンスメカニズムは、ユーザと協力する協調ロボットに適切に適用される。換言すると、本発明の受動的コンプライアンス機構は、ユーザフレンドリーで費用効果が高い。剛性の調整精度を高めるために、受動的コンプライアンス機構は複数の剛性調整モジュールを含む。ケーブルロープの一部又は受動的コンプライアンス機構の他のワイヤは、中空管を介して配線することができる。その結果、受動的コンプライアンス機構の動作は、ケーブルロープ又はワイヤによって悪影響を受けることはない。また、センサは、弾性変形に応じて固定部材に対するベースの変位又は歪み角を測定するために用いられる。ベースの剛性及びベースの変位又は歪み角に基づいて、受動的コンプライアンス機構のトルクが計算される。

本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態であると現在考えられるものの観点から説明されているが、本発明は開示された実施形態に限定される必要はないことを理解されたい。逆に、最も広い解釈に従う添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な改変及び同様の構成を包含し、そのような改変及び類似の構造すべてを包含することが意図される。

Claims

固定部材と、ベースと、剛性調整アセンブリとを備え、
前記ベースは、前記固定部材に設置され、且つ２つのノッチと弾性スライスとを備え、
前記２つのノッチが並んで配置され、
前記弾性スライスが前記２つのノッチの間に配置され、前記固定部材の外周方向に向かって前記ベースから外側に突出し、前記弾性スライスの第１端部が前記ベースに接続され、前記弾性スライスの第２端部が前記固定部材の外周の近傍に位置し、
前記剛性調整アセンブリは、前記固定部材に設置され、且つリニアガイドと、摺動ブロックと、２つの係止ブロックとを備え、
前記リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記弾性スライスと位置合わせされ、
前記摺動ブロックは、前記リニアガイドに移動可能に設置され
前記２つの係止ブロックは、
前記摺動ブロックと同期して移動し、
前記弾性スライスを前記弾性スライスの２つの対向する側部と接触してクランプし、前記ベースの剛性は、前記弾性スライスのクランプ位置に応じて調整可能である、
受動的コンプライアンス機構。
前記弾性スライスのクランプ位置が、前記弾性スライスの
前記第１端部により近いと、前記ベースの剛性が高くなり、
前記第２端部により近いと、前記ベースの剛性は低くなる、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記２つの係止ブロックが前記摺動ブロックによって前記２つのノッチに移動して係合するときに、前記ベースの剛性は最大値を有する、
請求項２に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記弾性スライスは、前記ベースと一体的に形成される、
請求項２に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記弾性スライスの高さは、前記第１端部から前記第２端部に向かって徐々に低くなる、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
ケーブルロープを更に備え、
前記ケーブルロープは、モータと前記摺動ブロックとの間に接続され、
前記ケーブルロープが前記モータによって駆動されると、前記ケーブルロープによって前記摺動ブロックが牽引され、前記摺動ブロックが前記リニアガイドに沿って移動する、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記固定部材は隆起ブロックを更に備え、前記ベースは開口部を更に備え、
前記隆起ブロックは前記開口部を貫通し、前記ベースが前記固定部材上に設置される、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
中空管を更に備え、
前記中空管は、前記固定部材の中心と前記隆起ブロックの中心とを貫通している、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記ベースに対応するセンサを更に備え、
前記センサは、前記固定部材に設置され、前記ベースの弾性変形に応じて前記固定部材に対する前記ベースの変位又は歪み角を測定する、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記２つのノッチと、前記弾性スライスと、前記剛性調整アセンブリとを合わせて第１剛性調整モジュールと規定すると、
前記第１剛性調整モジュールと同じ構造を有する第２剛性調整モジュールを更に備え、
前記第１及び第２剛性調整モジュールは、前記固定部材の対向する側部に配置され、互いに協働して前記ベースの剛性を調整する、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記剛性調整アセンブリは、２つの位置規制構造をさらに備え、
前記２つの位置規制構造は、前記固定部材上に別個に配置され、前記２つの位置規制構造のうちの
一方は、前記固定部材の中心近傍に位置し、
他方は、前記固定部材の外周近傍に位置し、
これにより、前記摺動ブロックの可動範囲は、前記２つの位置規制構造によって決定される、
請求項１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記摺動ブロックは、突起構造を更に備え、
前記突起構造は、前記摺動ブロックの側部から突出して前記２つの位置規制構造の間に配置され、
前記摺動ブロックが前記リニアガイドに沿って移動している間、前記摺動ブロックの可動範囲は、前記２つの位置規制構造によって前記突起構造を介して規制される、
請求項１１に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記可動範囲の長さは、前記２つのノッチから前記弾性スライスの前記第２端部までの前記２つの係止ブロックの変位よりわずかに大きいか、又は等しい、
請求項１２に記載の受動的コンプライアンス機構。
固定部材と、ベースと、第１剛性調整アセンブリと、剛性切換モジュールとを備え、
前記ベースは、前記固定部材に設置され、且つ第１及び第２ノッチと弾性スライスとを備え、
前記弾性スライスは、
前記ベース上に設置され、
前記第１ノッチに収容され、
前記固定部材の外周方向に向かって前記ベースから外側に突出し、前記弾性スライスの第１端部が前記ベースに接続され、前記弾性スライスの第２端部が前記固定部材の外周の近傍に位置し、
前記第１剛性調整アセンブリは、前記固定部材に設置され、且つ第１リニアガイドと、第１摺動ブロックと、２つの第１係止ブロックとを備え、
前記第１リニアガイドは、前記固定部材に設置され、前記弾性スライスと位置合わせされ、
前記第１摺動ブロックは、前記第１リニアガイドに移動可能に設置され、
前記２つの第１係止ブロックは、
前記第１摺動ブロックと同期して移動し、
前記弾性スライスを前記弾性スライスの２つの対向する側部と接触してクランプし、前記ベースの剛性は、前記弾性スライスのクランプ位置に応じて調整可能であり、
前記剛性切換モジュールは、前記固定部材に設置され、第２リニアガイドと、第２摺動ブロックと、第２係止ブロックとを備え、
前記第２リニアガイドは、前記固定部材に設置され、
前記第２摺動ブロックは、前記第１リニアガイドに移動可能に設置され、第１又は第２位置に切換可能に移動し、
前記第２係止ブロックは、前記第２摺動ブロックに固定され、前記第２摺動ブロックと同期して移動し、
前記第２摺動ブロックが前記第１位置に移動すると前記第２係止ブロックが前記第２ノッチに移動して且つ係合し、これにより前記ベースが最大剛性を有することとなり、前記第２係止ブロックが第２ノッチから外れる、
受動的コンプライアンス機構。
前記第２摺動ブロックが前記第２位置に移動し、前記弾性スライスのクランプ位置が、前記弾性スライスの
前記第１端部により近いと、前記ベースの剛性が高くなり、
前記第２端部により近いと、前記ベースの剛性は低くなる、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記弾性スライスは前記ベースと組み付けられる、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記弾性スライスの高さは、前記第１端部から前記第２端部に向かって徐々に低くなる、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。
磁気駆動モジュールを更に備え、
前記磁気駆動モジュールは、
前記固定部材に設置され、
前記第１摺動ブロックの近傍に位置し、
電磁誘導によって前記第１リニアガイドに沿って前記第１摺動ブロックを駆動する、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。
中空管を更に備え、
前記中空管は、前記固定部材と前記ベースとを貫通している、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。
前記第１ノッチと、前記弾性スライスと、前記第１剛性調整アセンブリとを合わせて第１剛性調整モジュールと規定すると、
前記第１剛性調整モジュールと同じ構造を有する第２剛性調整モジュールを更に備え、
前記第１及び第２剛性調整モジュールは、互いに近傍に位置するか又は前記固定部材の対向する側部に配置され、互いに協働して前記ベースの剛性を調整する、
請求項１４に記載の受動的コンプライアンス機構。