JP2020514080A - 脚付きロボット用の一体化された過負荷保護を有する伝動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[0038] 図1は、本明細書で説明される実施態様に関連して使用され得るロボット・システムの例の構成を示す。ロボット・システム100は、自律的に、半自律的に、および/またはユーザ(1つまたは複数)によって供給される指示を使用して動作するように構成され得る。ロボット・システム100は、二足ロボット、四足ロボット、またはなんらかの他の配置など、様々な形で実施され得る。さらに、ロボット・システム100は、他の指定の中で、ロボット、ロボット・デバイス、またはモバイル・ロボットと呼ばれる場合もあり、外骨格デバイスまたは人間補助デバイスの一部とされ得る。
[0071] 例では、油圧アクチュエータが、ロボットの部材を作動させるのに使用され得る。油圧系統は、ロボットの中央位置にあるポンプおよびアクチュエータを含み、パイプおよび/またはホースを介して、ロボットの部材に結合された油圧アクチュエータに加圧された作動液を供給するように構成され得る。この構成では、ポンプおよびアクチュエータの作動慣性は、ロボットが移動する時に地面に与えられる慣性から切り離される。慣性の切離しに起因して、油圧ロボット・システムは、位置および力の制御応答性に関する高い帯域幅を特徴とする。しかし、油圧系統は、潜在的な作動液漏れ、配管の複雑さ、およびより小さいロボットに対する既存の油圧動力装置の不適当などの不利益を有する。
[0074] 例では、ロボットの膝関節は、たとえば高速で移動する(たとえば、走るかジョギングする)ためにロボットを作動させることから生じる、高い加速度を経験する場合がある。高い加速度は、ロボットがその脚に擾乱を受け、ロボットがバランスを維持するために高い加速度で脚、特に膝関節を動かすことによって応答する時にも生じる可能性がある。いくつかの例では、電気モーターが、ロボットの膝間接に結合され得、モーターの回転運動が、膝関節で下脚部材に結合された上脚部材に対して相対的にロボットの下脚部材を回転させるようになっている。この構成では、モーターの回転慣性は、ロボットの応答性を制限する可能性があり、したがって、下脚部材の力制御方策の有効性を低下させる可能性がある。
[0119] 回転慣性は、ロボットの位置および力の制御応答性に影響する。ロボットの関節での有効回転慣性は、関節に結合されたモーターの回転慣性およびモーターに結合された伝動装置の回転慣性に依存する可能性がある。伝動装置は、減速およびトルク増幅を可能にする特定のギア比を有することができ、関節での有効回転慣性は、ギア比の二乗に比例する。したがって、より大きいトルクを可能にする、より高いギア比は、より大きい回転慣性につながり、したがって、ロボットの応答性を低下させる可能性がある。
[0172] 例のロボットは、ロボットの対応する部材の動きを制御するために複数の関節を含むことができる。一例として、四足ロボットは、ロボットの部材(たとえば、腕、脚など)を接続し、制御する17個の関節を有することができる。例では、これらの関節の多くが、ロボットの部材を動かすように構成されたそれぞれのモーターを有することができる。モーターのそれぞれは、複数の入力を受け取り(たとえば、センサから)、それに応じて、ロボットの関節および部材を制御するために制御信号をモーターに供給するコントローラによって制御される。
[0205] 本明細書で説明された配置は、例のみのためのものである。したがって、当業者は、他の配置および他の要素(たとえば、機械、インターフェース、動作、順序、および動作のグループ化など)が、その代わりに使用され得、一部の要素が、所望の結果に従って完全に省略され得ることを了解する。さらに、説明された要素の多数が、別個の構成要素または分散された構成要素としてまたは他の構成要素に関連して、任意の適切な組合せおよび位置で実施され得る機能的実体である。
Claims (20)
- ロボット(300)であって、
前記ロボット(300)の部材の動きを制御するように構成された、関節(403)に配置されたモーター(1300)と、
前記モーター(1300)に結合され、前記モーター(1300)と共に回転するように構成された入力部材(1312)、中間部材(1314)、および出力部材(1318)を含む伝動装置(1200)であって、前記入力部材(1312)は、前記中間部材(1314)と係合し、前記中間部材(1314)によって画定された開いた環状空間内で回転するように構成され、前記中間部材(1314)は、前記出力部材(1318)と係合し、前記中間部材(1314)は、前記入力部材(1312)が回転する時に、前記出力部材(1318)がそれと共に異なる速度で回転するように固定される、伝動装置(1200)と、
前記伝動装置(1200)の前記出力部材(1318)の側面表面に摩擦によって結合され、前記ロボット(300)の前記部材に結合されたパッド(1320)と、
前記パッドに軸方向予荷重を印加するように構成されたばね(1328)であって、前記軸方向予荷重は、前記ロボット(300)の前記部材に対するトルク荷重によって超えられる時に、前記伝動装置(1200)の前記出力部材(1318)が前記パッドに対して相対的に滑るトルク限界を定義する、ばね(1328)と
を含むロボット(300)。 - 前記パッド(1320)は、前記伝動装置の前記出力部材(1318)の遠位側表面に摩擦によって結合された第1のパッド(1320)であり、前記ロボット(300)は、前記出力部材(1318)の近位側表面に摩擦によって結合された第2のパッド(1322)をさらに含む、請求項1に記載のロボット(300)。
- 前記第2のパッド(1322)は、前記ロボット(300)の前記部材に結合された押さえ板(1324)に結合される、請求項2に記載のロボット(300)。
- 前記ロボット(300)の前記部材に結合された拘束リング(1334)をさらに含み、前記伝動装置(1200)の前記出力部材(1318)は、前記拘束リング(1334)によって画定される開いた環状空間内に取り付けられる、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のロボット(300)。
- 前記拘束リング(1334)と前記伝動装置(1200)の前記出力部材(1318)との間に取り付けられた拘束ブッシング(1340)をさらに含み、前記拘束ブッシング(1340)の外側周縁部表面は、前記拘束リング(1334)の内側周縁部表面とインターフェースし、前記拘束ブッシング(1340)の内側周縁部表面は、前記伝動装置(1200)の前記出力部材(1318)の外側周縁部表面とインターフェースするようになっている、請求項4に記載のロボット(300)。
- 前記拘束ブッシング(1340)は、プラスティック材料から作られる、請求項5に記載のロボット(300)。
- 前記パッド(1320)と前記ばね(1328)との間に配置され、これらとインターフェースする出力湾曲部(1326)部材をさらに含み、前記出力湾曲部(1326)部材は、前記ロボット(300)の前記部材に結合され、前記出力湾曲部(1326)は、ねじれ方向に堅く、軸方向に柔軟である、請求項1〜請求項6のいずれかに記載のロボット(300)。
- 前記パッド(1320)は、開いた環状空間を画定し、前記ロボット(300)は、前記パッド(1320)によって画定された開いた環状空間内に取り付けられたOリング(1338A)をさらに含む、請求項1〜請求項7のいずれかに記載のロボット(300)。
- 前記入力部材は、長円型であり、前記入力部材(1312)が回転する時に前記中間部材(1314)を変形させるように構成され、前記中間部材(1314)は、その外側周縁部表面上に配置された外歯(1212)を有するように構成され、前記出力部材(1318)は、その内側周縁部表面上に配置され、前記中間部材(1314)の前記外歯(1212)と係合するように構成された内歯(1214)を有するように構成される、請求項1〜請求項8のいずれかに記載のロボット(300)。
- 前記モーター(1300)のハウジング(1302)に取り付けられたトルク・センサ(1316)をさらに含み、前記中間部材(1314)は、薄肉シリンダを含み、前記外歯(1212)は、前記薄肉シリンダの外側表面の第1の部分上に円周方向に形成され、前記薄肉シリンダの第2の部分は、前記トルク・センサ(1316)に結合される、請求項9に記載のロボット(300)。
- ロボット(300)の部材の動きを制御するように構成された、関節(403)に配置されたモーター(1300)と、
前記モーター(1300)に結合され、前記モーター(1300)と共に回転するように構成されたウェーブ・ジェネレータ(1312)、フレクスプライン(1314)、およびサーキュラ・スプライン(1318)を含むハーモニック・ドライブ(1200)であって、前記フレクスプライン(1314)は、前記ウェーブ・ジェネレータ(1312)が回転する時に、前記サーキュラ・スプライン(1318)がそれと共に異なる速度で回転するように固定される、ハーモニック・ドライブ(1200)と、
前記サーキュラ・スプライン(1318)の遠位側表面に摩擦によって結合され、前記ロボット(300)の前記部材に結合された第1のパッド(1320)と、
前記サーキュラ・スプライン(1318)の近位側表面に摩擦によって結合された第2のパッド(1322)と、
前記第1および第2のパッドに軸方向予荷重を印加するように構成されたコンプライアンスのある部材であって、前記軸方向予荷重は、前記ロボット(300)の前記部材に対するトルク荷重によって超えられる時に、前記サーキュラ・スプライン(1318)が前記第1または第2のパッド(1320、1322)のうちの少なくとも1つに対して相対的に滑るトルク限界を定義する、コンプライアンスのある部材と
を含むアセンブリ(1500)。 - 前記第2のパッド(1322)は、前記ロボット(300)の前記部材に結合された押さえ板(1324)に結合される、請求項11に記載のアセンブリ(1500)。
- 前記ロボット(300)の前記部材に結合された拘束リング(1334)をさらに含み、前記サーキュラ・スプライン(1318)ならびにこれに摩擦によって結合された前記第1および第2のパッド(1320、1322)は、前記拘束リング(1334)によって画定される開いた環状空間内に取り付けられ、前記押さえ板(1324)は、前記拘束リング(1334)に前記押さえ板(1324)を結合するボルト(1335A、1335B)の放射状配列によって前記ロボット(300)の前記部材に結合される、請求項12に記載のアセンブリ(1500)。
- 前記拘束リング(1334)と前記サーキュラ・スプライン(1318)との間に取り付けられた拘束ブッシング(1340)をさらに含み、前記拘束ブッシング(1340)の外側周縁部表面は、前記拘束リング(1334)の内側周縁部表面とインターフェースし、前記拘束ブッシング(1340)の内側周縁部表面は、前記サーキュラ・スプライン(1318)の外側周縁部表面とインターフェースするようになっている、請求項13に記載のアセンブリ(1500)。
- 前記拘束ブッシング(1340)は、プラスティック材料から作られる、請求項14に記載のアセンブリ(1500)。
- 前記拘束リング(1334))の外側周縁部表面と前記モーター(1300)のハウジング(1302)の内側表面との間に取り付けられたクロス・ローラー・ベアリング(1336)をさらに含む、請求項12〜請求項15のいずれかに記載のアセンブリ(1500)。
- 前記第1のパッド(1320)と前記コンプライアンスのある部材との間に配置され、これらとインターフェースする出力湾曲部(1326)部材をさらに含み、前記出力湾曲部(1326)部材は、前記ロボット(300)の前記部材に結合される、請求項11〜請求項16のいずれかに記載のアセンブリ(1500)。
- 前記第1のパッド(1320)は、第1の開いた環状空間を画定し、前記第2のパッド(1322)は、第2の開いた環状空間を画定し、前記ロボット(300)は、
前記第1のパッド(1320)によって画定された前記第1の開いた環状空間内に取り付けられた第1のOリング(1338A)と、
前記第2のパッド(1322)によって画定された前記第2の開いた環状空間内に取り付けられた第2のOリング(1338B)と
をさらに含む、請求項11〜請求項17のいずれかに記載のアセンブリ(1500)。 - 前記モーター(1300)のハウジング(1302)に取り付けられたトルク・センサ(1316)をさらに含み、前記フレクスプライン(1314)は、薄肉シリンダを含み、前記フレクスプライン(1314)の外歯(1212)は、前記薄肉シリンダの外側表面の一部上に円周方向に形成され、前記薄肉シリンダの別の一部は、前記トルク・センサ(1316)に結合される、請求項11〜請求項18のいずれかに記載のアセンブリ(1500)。
- 前記コンプライアンスのある部材は、皿ばね(1328)を含む、請求項11〜請求項19のいずれかに記載のアセンブリ(1500)。
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