JP2022010920A - ロボットの関節構造 - Google Patents
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Abstract
Description
構とソフト機構を同一部材により構成することで、部品点数の削減、ひいてはコスト低減ならびに装置の小型化を図ることができる。
図1A及び図1Bを参照して、本発明の適用例の一つについて説明する。図1A及び図1Bは、スチュワートプラットフォームを有するロボットの関節構造の模式図である。図1Aは図1BのA-A断面図であり、図1Bは側面図(図1AのB矢視)である。
は流体圧力によって駆動されるものであってよい。駆動源Mは、線状部材150に引っ張り力F1を与える代わりに、線状部材150の引き込み長さを決めるように線状部材150を駆動してもよい。この場合、ロッド131は線状部材150の引き込み長さに応じた位置で静止し、かつ、弾性部材160によって弾性復元力F2で付勢されている。このときの弾性復元力F2を超えて弾性部材160を圧縮する外力がロッド131に加わった場合には、弾性部材160が圧縮されるにしたがい大きくなる弾性復元力F2と外力とが釣り合うまでロッド131は移動し、駆動源Mにおいて長さ方向の位置決めがされている線状部材150にはロッド131の移動に応じたたわみが生じる。このたわみは、主として、線状部材150が後述のチューブの中を通っていない部分において生じる。
図3を参照して、本発明の実施形態に係るロボット及びその関節構造について説明する。図3はロボットの全体構成を示す模式図である。
1の軸方向)がz軸となるように関節構造1のxyz座標系をとる。
図の上向き)の力が作用したと仮定する。その場合、LL1=LL2=LL3=LL4=LL5=LL6が維持されたまま6本の脚130が持ち上がり、図5Bの状態のように第2部材120がz方向に変位し得る。あるいは、図5Bの状態において、第2部材120にx方向(図の左向き)の力が作用した場合には、それに追従して各脚130の実効長さが変化し、図5Cの状態のように第2部材120がx方向に変位し得る。あるいは、図5Bの状態において、第2部材120にモーメントが作用した場合には、図5Dの状態のように第2部材120が回転し得る。そして、外力から解放されると、弾性部材160の復元力によって、各脚130の実効長さが元の状態に戻り、第2部材120の姿勢(位置・角度)も元の状態に戻る(「元の状態」とは、駆動機構140による能動的な制御によって決められた実効長さないし姿勢のことである。)。このようなソフト機構によって、エンドエフェクタE2がリンクE1から独立して運動自在となり、いわゆる「柔らかいロボット」が実現できる。
上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の
具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
いてもよい。このようにアクチュエータの駆動源Mを関節構造1とは別体にし、かつ、関節構造1の外部に配置することにより、関節構造1そのものをコンパクトかつ軽量に構成することが可能となる。
(1)ロボットの第1要素(11)と第2要素(12)の間を連結する関節構造(1)であって、
前記第1要素(11)に対する前記第2要素(12)の相対的な位置及び/又は角度を制御可能なスチュワートプラットフォーム(10)を有し、
前記スチュワートプラットフォーム(10)は、
前記第1要素(11)に接合する第1部材(110)と、
前記第2要素(12)に接合する第2部材(120)と、
前記第1部材(110)と前記第2部材(120)とを接続する複数の脚(130)と、
前記第1部材(110)に対する前記第2部材(120)の相対的な位置及び/又は角度を変えるために、各脚(130)の実効長さを変化させる駆動機構(140)と、
前記第2部材(120)に対して外力が作用した場合に前記脚(130)の実効長さを弾性的に変化させ、前記外力から解放された場合に前記脚(130)の実効長さを復元させる、ソフト機構(160)と、を有する
ことを特徴とする関節構造。
11:第1要素、12:第2要素
50:ロッド、51:シリンダ部材、52:ピストン、53:弾性部材
60:ロッド、61:気圧アクチュエータ、62:チューブ
70:第1ロック片、71:第2ロック片
110:第1部材、111:軸受
120:第2部材、121:ユニバーサルジョイント
130:脚、131:ロッド、132:ロッド、133:ピン継手、134:フランジ
140:駆動機構、150:線状部材、160:弾性部材
E1:リンク、E2:エンドエフェクタ
R:ロボット、RM:マニピュレータ、RC:コントローラ、M:駆動源
Claims (12)
- ロボットのマニピュレータの第1要素と第2要素の間を連結する関節構造であって、
前記第1要素に対する前記第2要素の相対的な位置及び/又は角度を制御可能なスチュワートプラットフォームを有し、
前記スチュワートプラットフォームは、
前記第1要素に接合する第1部材と、
前記第2要素に接合する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを接続する複数の脚と、
前記第1部材に対する前記第2部材の相対的な位置及び/又は角度を変えるために、各脚の実効長さを変化させる駆動機構と、
前記第2部材に対して外力が作用した場合に前記脚の実効長さを弾性的に変化させ、前記外力から解放された場合に前記脚の実効長さを復元させる、ソフト機構と、を有することを特徴とする関節構造。 - 前記脚は、支持体によってスライド自在に支持され、スライドすることによって前記脚の実効長さを変化させるロッドを有しており、
前記駆動機構は、
前記ロッドに取り付けられる、可撓性を有する線状部材と、
前記線状部材を引っ張り前記ロッドをスライドさせると弾性変形し、前記線状部材の引っ張り力に抗する弾性復元力を発生する、弾性部材と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の関節構造。 - 前記弾性部材が、前記ソフト機構を兼ねている
ことを特徴とする請求項2に記載の関節構造。 - 前記弾性部材は、非線形ばね要素を含み、
前記線状部材の引っ張り量によって前記弾性部材の変形量を変えることにより、前記ソフト機構の剛性が可変である
ことを特徴とする請求項3に記載の関節構造。 - 前記支持体は、前記第1部材に設けられた軸受である
ことを特徴とする請求項2~4のうちいずれか1項に記載の関節構造。 - 前記支持体は、前記脚に設けられ、前記ロッドがスライド自在に挿入されたシリンダ部材である
ことを特徴とする請求項2~4のうちいずれか1項に記載の関節構造。 - 前記線状部材の端部が前記関節構造の外側に引き出され、前記関節構造とは別に設けられた駆動源に接続されている
ことを特徴とする請求項2~6のうちいずれか1項に記載の関節構造。 - 前記脚は、長さ方向に移動することによって前記脚の実効長さを変化させるロッドを有しており、
前記駆動機構は、圧縮性流体によって前記ロッドをその長さ方向に移動させるアクチュエータである
ことを特徴とする請求項1に記載の関節構造。 - 前記アクチュエータの前記圧縮性流体が、前記ソフト機構を兼ねている
ことを特徴とする請求項8に記載の関節構造。 - 前記アクチュエータは、エアシリンダである
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の関節構造。 - 前記アクチュエータに対し前記圧縮性流体の供給/排出を行うためのチューブが前記関節構造の外側に引き出され、前記関節構造とは別に設けられた駆動源に接続されている
ことを特徴とする請求項8~10のうちいずれか1項に記載の関節構造。 - 前記第2要素が前記第1要素から独立して運動自在となる自由状態と、前記第2要素が前記第1要素に固定されるロック状態との切り替えを行うロック機構をさらに有する
ことを特徴とする請求項1~11のうちいずれか1項に記載の関節構造。
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