JP2735160B1 - エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構 - Google Patents
エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構Info
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- JP2735160B1 JP2735160B1 JP30601196A JP30601196A JP2735160B1 JP 2735160 B1 JP2735160 B1 JP 2735160B1 JP 30601196 A JP30601196 A JP 30601196A JP 30601196 A JP30601196 A JP 30601196A JP 2735160 B1 JP2735160 B1 JP 2735160B1
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Abstract
【要約】
【課題】ロボットハンドの並進運動と回転運動が干渉す
ることなく、したがってハンドの手先位置／発生力の精
度を向上させることができるとともに、操作者が作業対
象物やハンドの位置や姿勢を認識することが容易で、作
業能率や作業精度を向上させることができるアーム機構
を提供すること 【解決手段】エンドエフェクタ５上の一点に座標系９を
有し、エンドエフェクタの各軸回りの回転を駆動する各
軸別の回転アクチュエータ１３ａ、ｂ、ｃと、各軸方向
の作業対象物の並進を駆動する各軸別の並進アクチュエ
ータ１７ａ、ｂ、ｃと、並進制御駆動機構に連結してい
て作業対象物の絶対座標上の姿勢を一定に保つ姿勢保持
機構１８とを有する
ることなく、したがってハンドの手先位置／発生力の精
度を向上させることができるとともに、操作者が作業対
象物やハンドの位置や姿勢を認識することが容易で、作
業能率や作業精度を向上させることができるアーム機構
を提供すること 【解決手段】エンドエフェクタ５上の一点に座標系９を
有し、エンドエフェクタの各軸回りの回転を駆動する各
軸別の回転アクチュエータ１３ａ、ｂ、ｃと、各軸方向
の作業対象物の並進を駆動する各軸別の並進アクチュエ
ータ１７ａ、ｂ、ｃと、並進制御駆動機構に連結してい
て作業対象物の絶対座標上の姿勢を一定に保つ姿勢保持
機構１８とを有する
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エンドエフェクタ座
標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機
構に関するものである。この発明の機構は細胞操作用マ
ニピュレータその他の微細作業マニピュレータや組立て
用マニピュレータなどに利用することができる。
標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機
構に関するものである。この発明の機構は細胞操作用マ
ニピュレータその他の微細作業マニピュレータや組立て
用マニピュレータなどに利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】マニピュレータのエンドエフェクタが対
象物に作業をする場合には、エンドエフェクタの位置と
姿勢を制御する必要がある。従来一般に用いられている
マニピュレータは、アームの先端にエンドエフェクタを
備えており、アームはシリアルリンク機構を有していて
複数の関節とリンク部材を基端部から先端部にかけて順
次連結して構成したものである。このアームは全体を駆
動して先端のエンドエフェクタの並進と回転を行って位
置と姿勢を決定している。このようなマニピュレータで
はエンドエフェクタの並進と回転が干渉することがあ
る。
象物に作業をする場合には、エンドエフェクタの位置と
姿勢を制御する必要がある。従来一般に用いられている
マニピュレータは、アームの先端にエンドエフェクタを
備えており、アームはシリアルリンク機構を有していて
複数の関節とリンク部材を基端部から先端部にかけて順
次連結して構成したものである。このアームは全体を駆
動して先端のエンドエフェクタの並進と回転を行って位
置と姿勢を決定している。このようなマニピュレータで
はエンドエフェクタの並進と回転が干渉することがあ
る。
【０００３】すなわちエンドエフェクタをある座標軸の
回りに回転させてその姿勢を変えるためには座標軸回り
の姿勢や他の座標軸方向の位置に影響を与える結果とな
り、また、エンドエフェクタをある座標軸の方向に並進
させてその位置を変えるためには座標軸回りの姿勢や他
の座標軸方向の位置に影響を与える結果となり、このよ
うに並進運動とと回転運動が干渉すると手先位置／発生
力の精度が劣化することになる。このようなことから、
並進運動と回転運動が干渉しない位置・姿勢非干渉型ア
ーム機構の開発が望まれている。
回りに回転させてその姿勢を変えるためには座標軸回り
の姿勢や他の座標軸方向の位置に影響を与える結果とな
り、また、エンドエフェクタをある座標軸の方向に並進
させてその位置を変えるためには座標軸回りの姿勢や他
の座標軸方向の位置に影響を与える結果となり、このよ
うに並進運動とと回転運動が干渉すると手先位置／発生
力の精度が劣化することになる。このようなことから、
並進運動と回転運動が干渉しない位置・姿勢非干渉型ア
ーム機構の開発が望まれている。
【０００４】このような位置・姿勢非干渉型アーム機構
として従来考えられているものとしては、（１）絶対座
標系のアーム並進機構とジンバル機構を組み合わせて採
用したアーム回転機構（日本機会学会第７３回通常総会
講演会資料集（Ｖ）、ｐｐ１５０−１５１、１９９
６）、（２）絶対座標系のアーム並進機構とパンタグラ
フ機構を組み合わせて採用したアーム回転機構（Ｐｒｏ
ｃ．ｏｆ １９９５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏ
ｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏ
ｎ，Ｖｏｌ．３，ｐｐ３０８１−３０８８，１９９
５）、（３）絶対座標系のアーム並進機構とアーム手先
不動回転機構とテーブル（作業台）並進・回転機構を組
み合わせて採用した機構（日本機械学会ロボティクス・
メカトロニクス講演会 ′９５ Ｖｏｌ．Ｂ，ｐｐ１３
８６−１３８９，１９９５）などがある。
として従来考えられているものとしては、（１）絶対座
標系のアーム並進機構とジンバル機構を組み合わせて採
用したアーム回転機構（日本機会学会第７３回通常総会
講演会資料集（Ｖ）、ｐｐ１５０−１５１、１９９
６）、（２）絶対座標系のアーム並進機構とパンタグラ
フ機構を組み合わせて採用したアーム回転機構（Ｐｒｏ
ｃ．ｏｆ １９９５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏ
ｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏ
ｎ，Ｖｏｌ．３，ｐｐ３０８１−３０８８，１９９
５）、（３）絶対座標系のアーム並進機構とアーム手先
不動回転機構とテーブル（作業台）並進・回転機構を組
み合わせて採用した機構（日本機械学会ロボティクス・
メカトロニクス講演会 ′９５ Ｖｏｌ．Ｂ，ｐｐ１３
８６−１３８９，１９９５）などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、これらの技
術はいずれも構造が極めて複雑であるとともに、ここで
用いられている座標系が絶対座標系であり、操作者が作
業対象物やエンドエフェクタの位置や姿勢を認識するこ
とが必ずしも容易でないので、作業能率や作業精度を向
上させることが困難であった。
術はいずれも構造が極めて複雑であるとともに、ここで
用いられている座標系が絶対座標系であり、操作者が作
業対象物やエンドエフェクタの位置や姿勢を認識するこ
とが必ずしも容易でないので、作業能率や作業精度を向
上させることが困難であった。
【０００６】この発明は上記のごとき事情に鑑みてエン
ドエフェクタの並進運動と回転運動が干渉することな
く、したがってエンドエフェクタの手先位置／発生力の
精度を向上させることができるとともに、操作者が作業
対象物やエンドエフェクタの位置や姿勢を認識すること
が容易で、作業能率や作業精度を向上させることができ
るアーム機構を提供することを目的とするものである。
ドエフェクタの並進運動と回転運動が干渉することな
く、したがってエンドエフェクタの手先位置／発生力の
精度を向上させることができるとともに、操作者が作業
対象物やエンドエフェクタの位置や姿勢を認識すること
が容易で、作業能率や作業精度を向上させることができ
るアーム機構を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明のエンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ
位置・姿勢非干渉型アーム機構は、作業対象物に対して
作業をするロボットアームのエンドエフェクタの姿勢と
相対位置とを駆動制御する駆動制御機構であって、絶体
座標系前記エンドエフェクタ上の一点に座標原点を置く
エンドエフェクタ座標系を有し、エンドエフェクタを支
持していて前記エンドエフェクタの前記エンドエフェク
タ座標系上の姿勢と相対的な位置を駆動制御するエンド
エフェクタ駆動制御機構を有し、前記エンドエフェクタ
駆動制御機構は互いに固定連結していて前記エンドエフ
ェクタの回転動作を駆動制御する回転駆動制御機構と前
記作業対象物の並進動作を駆動制御する並進駆動制御機
構とを有し、前記回転駆動制御機構は前記エンドエフェ
クタ座標系の各軸回りの前記エンドエフェクタの回転を
駆動する各軸別の回転アクチュエータを有し、前記並進
制御駆動機構は、前記エンドエフェクタ座標系の各軸方
向の前記作業対象物の並進を駆動する各軸別の並進アク
チュエータを有し、前記並進駆動制御機構に連結してい
て前記作業対象物の絶対座標系上の姿勢を一定に保つ姿
勢保持機構とを有することを特徴としている。
の発明のエンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ
位置・姿勢非干渉型アーム機構は、作業対象物に対して
作業をするロボットアームのエンドエフェクタの姿勢と
相対位置とを駆動制御する駆動制御機構であって、絶体
座標系前記エンドエフェクタ上の一点に座標原点を置く
エンドエフェクタ座標系を有し、エンドエフェクタを支
持していて前記エンドエフェクタの前記エンドエフェク
タ座標系上の姿勢と相対的な位置を駆動制御するエンド
エフェクタ駆動制御機構を有し、前記エンドエフェクタ
駆動制御機構は互いに固定連結していて前記エンドエフ
ェクタの回転動作を駆動制御する回転駆動制御機構と前
記作業対象物の並進動作を駆動制御する並進駆動制御機
構とを有し、前記回転駆動制御機構は前記エンドエフェ
クタ座標系の各軸回りの前記エンドエフェクタの回転を
駆動する各軸別の回転アクチュエータを有し、前記並進
制御駆動機構は、前記エンドエフェクタ座標系の各軸方
向の前記作業対象物の並進を駆動する各軸別の並進アク
チュエータを有し、前記並進駆動制御機構に連結してい
て前記作業対象物の絶対座標系上の姿勢を一定に保つ姿
勢保持機構とを有することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施の
形態を示す図面について説明する。図１において、１は
駆動制御機構であり、駆動制御機構１はテーブル２上の
作業対象物３に対して作業をするロボットアーム４のエ
ンドエフェクタ５の姿勢と相対位置を制御駆動するもの
である。駆動制御機構１は、エンドエフェクタ５上の一
点に座標原点を置く座標系（この明細書ではエンドエフ
ェクタ座標系９と称する）を用い、エンドエフェクタ５
の手先６のエンドエフェクタ座標系上の姿勢と相対位置
を制御駆動する。エンドエフェクタ座標系は例えば直交
座標系を用い、かつ座標原点の位置については特に制限
はないが、この実施例では機構を簡単にすることを目的
として、エンドエフェクタ座標系９の原点はエンドエフ
ェクタの先端（手先６）に置き、またエンドエフェクタ
座標系９の座標軸の方向については特に制限はないが、
この実施例では機構を簡単にする目的で一軸はエンドエ
フェクタ５の中心軸７と一致している。
形態を示す図面について説明する。図１において、１は
駆動制御機構であり、駆動制御機構１はテーブル２上の
作業対象物３に対して作業をするロボットアーム４のエ
ンドエフェクタ５の姿勢と相対位置を制御駆動するもの
である。駆動制御機構１は、エンドエフェクタ５上の一
点に座標原点を置く座標系（この明細書ではエンドエフ
ェクタ座標系９と称する）を用い、エンドエフェクタ５
の手先６のエンドエフェクタ座標系上の姿勢と相対位置
を制御駆動する。エンドエフェクタ座標系は例えば直交
座標系を用い、かつ座標原点の位置については特に制限
はないが、この実施例では機構を簡単にすることを目的
として、エンドエフェクタ座標系９の原点はエンドエフ
ェクタの先端（手先６）に置き、またエンドエフェクタ
座標系９の座標軸の方向については特に制限はないが、
この実施例では機構を簡単にする目的で一軸はエンドエ
フェクタ５の中心軸７と一致している。
【０００９】駆動制御機構１はエンドエフェクタ５のエ
ンドエフェクタの回転動作を駆動制御する回転駆動生後
機構８と作業対象物３の並進動作を駆動制御する並進駆
動制御機構１１とを有する。回転駆動制御機構８と並進
駆動制御機構１１とはＫ点において固着連結している。
このＫ点はエンドエフェクタ座標系の原点と相対変位を
生じない点である。
ンドエフェクタの回転動作を駆動制御する回転駆動生後
機構８と作業対象物３の並進動作を駆動制御する並進駆
動制御機構１１とを有する。回転駆動制御機構８と並進
駆動制御機構１１とはＫ点において固着連結している。
このＫ点はエンドエフェクタ座標系の原点と相対変位を
生じない点である。
【００１０】回転駆動制御機構８は回転リンク機構１２
と３個の回転アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを
備えている。回転リンク機構１２は絶対座標系１４上に
固定されているベース１５に対してエンドエフェクタ５
を支持しており、３個の回転アクチュエータ１３ａ、１
３ｂ、１３ｃはエンドエフェクタ５をエンドエフェクタ
座標系９の各軸回りに回転させる。すなわち、回転アク
チュエータ１３ａはエンドエフェクタ座標系のｘ軸回り
の回転を駆動制御し、回転アクチュエータ１３ｂはエン
ドエフェクタ座標系のｙ軸回りの回転を駆動制御し、回
転アクチュエータ１３ｃはエンドエフェクタ座標系のｚ
軸回りの回転を駆動制御する。ただしこの実施例ではエ
ンドエフェクタ５がＺ軸に軸対称な針で表されているた
めに、Ｚ軸まわりに例え回転しても軸対称な針は姿勢を
変えることはないが、エンドエフェクタ５が例えばナイ
フのようなＺ軸非対称の形態をもつものの場合は、Ｚ軸
回りの回転によって姿勢を変ることになる。
と３個の回転アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを
備えている。回転リンク機構１２は絶対座標系１４上に
固定されているベース１５に対してエンドエフェクタ５
を支持しており、３個の回転アクチュエータ１３ａ、１
３ｂ、１３ｃはエンドエフェクタ５をエンドエフェクタ
座標系９の各軸回りに回転させる。すなわち、回転アク
チュエータ１３ａはエンドエフェクタ座標系のｘ軸回り
の回転を駆動制御し、回転アクチュエータ１３ｂはエン
ドエフェクタ座標系のｙ軸回りの回転を駆動制御し、回
転アクチュエータ１３ｃはエンドエフェクタ座標系のｚ
軸回りの回転を駆動制御する。ただしこの実施例ではエ
ンドエフェクタ５がＺ軸に軸対称な針で表されているた
めに、Ｚ軸まわりに例え回転しても軸対称な針は姿勢を
変えることはないが、エンドエフェクタ５が例えばナイ
フのようなＺ軸非対称の形態をもつものの場合は、Ｚ軸
回りの回転によって姿勢を変ることになる。
【００１１】次に、並進駆動制御機構１１は、直交する
３リンク１６ａ、１６ｂ、１６ｃとそれぞれのリンク１
６ａ、１６ｂ、１６ｃの相対的な並進を許容する並進ア
クチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとを有する。リン
ク１６ｃの先端にはＬ点において姿勢保持機構１８が固
着連結し、さらに姿勢保持機構１８の先端にテーブル２
が連結している。したがってＬ点の移動に伴って、その
動きがデーブル２に伝達され、テーブル２が移動し、相
対的にエンドエフェクタ座標系上でエンドエフェクタ５
の作業対象物３に対する相対的位置決めがなされる。た
だしエンドエフェクタ５の姿勢を制御するためには作業
対象物３の姿勢を一定にすること、つまりテーブル２は
並進しても、姿勢については水平の一定姿勢を保つ必要
があるので、このテーブル２を並進を許容ししつつも姿
勢を一定に保つために姿勢保持機構１８が機能する。す
なわち姿勢保持機構１８はパンタグラフ機構２１と並進
スライダ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと回転スライダ２３を
備えており、パンタグラフ機構２１が並進駆動制御機構
１１の運動をテーブルに伝え、並進スライダ２２ａ、２
２ｂ、２２ｃと回転スライダ２３がテーブル２を固定の
ベース１５体上に支持して作業対象物の絶対座標上の姿
勢を一定に保つ。並進スライダ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ
は絶対座標系１４の直交３軸方向の並進を許容し、回転
スライダ２３はエンドエフェクタ座標系９の中心軸７以
外の一水平座標軸回りの回転を許容する。
３リンク１６ａ、１６ｂ、１６ｃとそれぞれのリンク１
６ａ、１６ｂ、１６ｃの相対的な並進を許容する並進ア
クチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとを有する。リン
ク１６ｃの先端にはＬ点において姿勢保持機構１８が固
着連結し、さらに姿勢保持機構１８の先端にテーブル２
が連結している。したがってＬ点の移動に伴って、その
動きがデーブル２に伝達され、テーブル２が移動し、相
対的にエンドエフェクタ座標系上でエンドエフェクタ５
の作業対象物３に対する相対的位置決めがなされる。た
だしエンドエフェクタ５の姿勢を制御するためには作業
対象物３の姿勢を一定にすること、つまりテーブル２は
並進しても、姿勢については水平の一定姿勢を保つ必要
があるので、このテーブル２を並進を許容ししつつも姿
勢を一定に保つために姿勢保持機構１８が機能する。す
なわち姿勢保持機構１８はパンタグラフ機構２１と並進
スライダ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと回転スライダ２３を
備えており、パンタグラフ機構２１が並進駆動制御機構
１１の運動をテーブルに伝え、並進スライダ２２ａ、２
２ｂ、２２ｃと回転スライダ２３がテーブル２を固定の
ベース１５体上に支持して作業対象物の絶対座標上の姿
勢を一定に保つ。並進スライダ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ
は絶対座標系１４の直交３軸方向の並進を許容し、回転
スライダ２３はエンドエフェクタ座標系９の中心軸７以
外の一水平座標軸回りの回転を許容する。
【００１２】次にこのように構成された駆動制御機構の
動作について説明する。 エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿
勢非干渉アーム機構の特徴。 （１）エンドエフェクタ５の回転運動は、常にエンドエ
フェクタ５の先端１点（回転中心）を中心に運動する。 （２）エンドエフェクタ５の並進運動の座標系は、エン
ドエフェクタ５の軸方向を１座標軸としたときは、ハン
ドオリエンテッド（Ｈａｎｄ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ）座標
系であり、各並進運動は１つのアクチュエータの運動に
より実現される。 （３）１つの並進アクチュエータの運動は、他の並進の
運動および回転の運動を干渉しない。 （４）１つの回転アクチュエータの運動も、他の回転の
運動および並進の運動を干渉しない。
動作について説明する。 エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿
勢非干渉アーム機構の特徴。 （１）エンドエフェクタ５の回転運動は、常にエンドエ
フェクタ５の先端１点（回転中心）を中心に運動する。 （２）エンドエフェクタ５の並進運動の座標系は、エン
ドエフェクタ５の軸方向を１座標軸としたときは、ハン
ドオリエンテッド（Ｈａｎｄ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ）座標
系であり、各並進運動は１つのアクチュエータの運動に
より実現される。 （３）１つの並進アクチュエータの運動は、他の並進の
運動および回転の運動を干渉しない。 （４）１つの回転アクチュエータの運動も、他の回転の
運動および並進の運動を干渉しない。
【００１３】テーブル２を水平に保つ機構 （１）回転アクチュエータ１３ａが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｂ、並進スライ
ダ２２ｃ、 （２）回転アクチュエータ１３ｂが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｃ、回転スライ
ダ２３、 （３）並進アクチュエータ１７ａが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｂ、並進スライ
ダ２２ｃ、 （４）並進アクチュエータ１７ｂが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｂ、並進スライ
ダ２２ｃ、 （５）並進アクチュエータ１７ｃが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｃ、 の各スライダが非駆動で受動的にスライドして、テーブ
ル２は常に水平状態を保って動く。
ダ２２ｃ、 （２）回転アクチュエータ１３ｂが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｃ、回転スライ
ダ２３、 （３）並進アクチュエータ１７ａが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｂ、並進スライ
ダ２２ｃ、 （４）並進アクチュエータ１７ｂが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｂ、並進スライ
ダ２２ｃ、 （５）並進アクチュエータ１７ｃが動いた時 並進スライダ２２ａ、並進スライダ２２ｃ、 の各スライダが非駆動で受動的にスライドして、テーブ
ル２は常に水平状態を保って動く。
【００１４】４５度回転運動の原理および運動 （１）回転アクチュエータ１３ａが４５度回転する。
（図２） （２）パンタグラフ機構をなす回転リンク機構１２によ
り、エンドエフェクタ５は先端を回転中心として４５度
回転する。（図２） （３）同時に、エンドエフェクタ５と並進駆動制御機構
１１で囲まれた部分（図３）もエンドエフェクタ５先端
を中心に回転運動を起こす。 （４）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
へのエンドエフェクタ５の進入姿勢を変えることができ
る。（図２） ９０度回転運動の原理および運動 （１）原理は45度回転時と同じである。 （２）回転アクチュエータ１３ａが９０度回転する。
（図４） （３）パンタグラフ機構により、エンドエフェクタ５は
先端を回転中心として９０度回転する。（図４） （４）同時に、エンドエフェクタ５と並進駆動制御機構
１１で囲まれた部分（図５）もエンドエフェクタ先端を
中心に回転運動を起こす。 （５）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
へのエンドエフェクタ５の進入姿勢を変えることができ
る。（図４） エンドエフェクタ軸方向の並進運動の原理および運動 （１）並進アクチュエータ１７ａが伸縮する。（図６） （２）並進アクチュエータ１７ａとエンドエフェクタ５
は機構的に常に平行が保たれているため、並進アクチュ
エータの運動はエンドエフェクタ５の姿勢（回転）に影
響を与えない。（図７） （３）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
もエンドエフェクタ５の先端を起点として並進運動を行
う。（図７） エンドエフェクタの直交方向の並進運動の原理および運
動 （１）並進アクチュエータ１７ｂが伸縮する。（図８） （２）並進アクチュエータ１７ｂとエンドエフェクタ５
は機構的に常に直交が保たれたいるため、並進アクチュ
エータ１７ｂの運動はエンドエフェクタ５の姿勢（回
転）に影響を与えない。（図９） （３）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、テーブル２および運動前の目
標作業点はエンドエフェクタ５の中心軸７の直交方向に
並進運動を行う。（図８） （４）この時、エンドエフェクタ５の直交方向の並進の
運動は、最終的な目標作業点を変える働きがある。（図
８）
（図２） （２）パンタグラフ機構をなす回転リンク機構１２によ
り、エンドエフェクタ５は先端を回転中心として４５度
回転する。（図２） （３）同時に、エンドエフェクタ５と並進駆動制御機構
１１で囲まれた部分（図３）もエンドエフェクタ５先端
を中心に回転運動を起こす。 （４）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
へのエンドエフェクタ５の進入姿勢を変えることができ
る。（図２） ９０度回転運動の原理および運動 （１）原理は45度回転時と同じである。 （２）回転アクチュエータ１３ａが９０度回転する。
（図４） （３）パンタグラフ機構により、エンドエフェクタ５は
先端を回転中心として９０度回転する。（図４） （４）同時に、エンドエフェクタ５と並進駆動制御機構
１１で囲まれた部分（図５）もエンドエフェクタ先端を
中心に回転運動を起こす。 （５）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
へのエンドエフェクタ５の進入姿勢を変えることができ
る。（図４） エンドエフェクタ軸方向の並進運動の原理および運動 （１）並進アクチュエータ１７ａが伸縮する。（図６） （２）並進アクチュエータ１７ａとエンドエフェクタ５
は機構的に常に平行が保たれているため、並進アクチュ
エータの運動はエンドエフェクタ５の姿勢（回転）に影
響を与えない。（図７） （３）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、作業対象物３（テーブル２）
もエンドエフェクタ５の先端を起点として並進運動を行
う。（図７） エンドエフェクタの直交方向の並進運動の原理および運
動 （１）並進アクチュエータ１７ｂが伸縮する。（図８） （２）並進アクチュエータ１７ｂとエンドエフェクタ５
は機構的に常に直交が保たれたいるため、並進アクチュ
エータ１７ｂの運動はエンドエフェクタ５の姿勢（回
転）に影響を与えない。（図９） （３）テーブル２は姿勢保持機構１８により常に水平に
保たれているため、結局、テーブル２および運動前の目
標作業点はエンドエフェクタ５の中心軸７の直交方向に
並進運動を行う。（図８） （４）この時、エンドエフェクタ５の直交方向の並進の
運動は、最終的な目標作業点を変える働きがある。（図
８）
【００１５】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
によれば、エンドエフェクタの姿勢制御の回転運動をそ
れぞれ別個の回転アクチュエータで行い、またエンドエ
フェクタの位置決めのための並進運動をそれぞれ別個の
並進アクチュエータでテーブルを駆動して、その相対的
変位として行うので、１つの並進アクチュエータの運動
は、他の並進の運動および回転の運動を干渉することは
なく、また、１つの回転アクチュエータの運動も、他の
回転の運動および並進の運動を干渉することがなく、結
局、エンドエフェクタの並進運動と回転運動が干渉する
ことなく、したがってエンドエフェクタの手先位置／発
生力の精度を向上させることができるとともに、ここで
用いられている座標系がエンドエフェクタ上に置かれて
いるので、操作者が作業対象物やエンドエフェクタの位
置や姿勢を認識することが容易であり、作業能率や作業
精度を向上させることができる。このようにこの発明に
よれば発明はエンドエフェクタの並進運動と回転運動が
干渉することなく、したがってエンドエフェクタの手先
位置／発生力の精度を向上させることができるととも
に、エンドエフェクタ上の一点に座標原点を置くエンド
エフェクタ座標系を有しており操作者が作業対象物やエ
ンドエフェクタの位置や姿勢を認識することが容易で、
作業能率や作業精度を向上させることができるアーム機
構を得ることができる。
によれば、エンドエフェクタの姿勢制御の回転運動をそ
れぞれ別個の回転アクチュエータで行い、またエンドエ
フェクタの位置決めのための並進運動をそれぞれ別個の
並進アクチュエータでテーブルを駆動して、その相対的
変位として行うので、１つの並進アクチュエータの運動
は、他の並進の運動および回転の運動を干渉することは
なく、また、１つの回転アクチュエータの運動も、他の
回転の運動および並進の運動を干渉することがなく、結
局、エンドエフェクタの並進運動と回転運動が干渉する
ことなく、したがってエンドエフェクタの手先位置／発
生力の精度を向上させることができるとともに、ここで
用いられている座標系がエンドエフェクタ上に置かれて
いるので、操作者が作業対象物やエンドエフェクタの位
置や姿勢を認識することが容易であり、作業能率や作業
精度を向上させることができる。このようにこの発明に
よれば発明はエンドエフェクタの並進運動と回転運動が
干渉することなく、したがってエンドエフェクタの手先
位置／発生力の精度を向上させることができるととも
に、エンドエフェクタ上の一点に座標原点を置くエンド
エフェクタ座標系を有しており操作者が作業対象物やエ
ンドエフェクタの位置や姿勢を認識することが容易で、
作業能率や作業精度を向上させることができるアーム機
構を得ることができる。
【図１】この発明の実施例のエンドエフェクタ座標系で
の指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構をし
めす構成説明図
の指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構をし
めす構成説明図
【図２】４５度回転運動の原理および運動の状態を示す
構成説明図
構成説明図
【図３】４５度回転運動の原理および運動の状態を示す
構成説明図
構成説明図
【図４】９０度回転運動の原理および運動の状態を示す
構成説明図
構成説明図
【図５】９０度回転運動の原理および運動の状態を示す
構成説明図
構成説明図
【図６】エンドエフェクタ軸方向の並進運動の原理およ
び運動の状態を示す構成説明図
び運動の状態を示す構成説明図
【図７】エンドエフェクタ軸方向の並進運動の原理およ
び運動の状態を示す構成説明図
び運動の状態を示す構成説明図
【図８】エンドエフェクタの直交方向の並進運動の原理
および運動の状態を示す構成説明図
および運動の状態を示す構成説明図
【図９】エンドエフェクタの直交方向の並進運動の原理
および運動の状態を示す構成説明図
および運動の状態を示す構成説明図
１ 駆動制御機構 ２ テーブル ３ 作業対象物 ４ ロボットアーム ５ エンドエフェクタ ６ 手先 ７ 中心軸 ８ 回転駆動制御機構 ９ エンドエフェクタ座標系 １１ 並進駆動制御機構 １２ 回転リンク機構 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 回転アクチュエータ １４ 絶対座標系 １５ ベース １６ａ、１６ｂ、１６ｃ リンク １７ａ、１７ｂ、１７ｃ 並進アクチュエータ １８ 姿勢保持機構 ２１ パンタグラフ機構 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 並進スライダ ２３ 回転スライダ
Claims (3)
- 【請求項１】作業対象物に対して作業をするロボットア
ームのエンドエフェクタの姿勢と相対位置とを駆動制御
する駆動制御機構であって、絶体座標系と前記エンドエ
フェクタ上の一点に座標原点を置くエンドエフェクタ座
標系を有し、エンドエフェクタを支持していて前記エン
ドエフェクタの前記エンドエフェクタ座標系上の姿勢と
相対的な位置を駆動制御するエンドエフェクタ駆動制御
機構を有し、前記エンドエフェクタ駆動制御機構は互い
に固定連結していて前記エンドエフェクタの回転動作を
駆動制御する回転駆動制御機構と前記作業対象物の並進
動作を駆動制御する並進駆動制御機構とを有し、前記回
転駆動制御機構は前記エンドエフェクタ座標系の各軸回
りの前記エンドエフェクタの回転を駆動する各軸別の回
転アクチュエータを有し、前記並進駆動制御機構は、前
記エンドエフェクタ座標系の各軸方向の前記作業対象物
の並進を駆動する各軸別の並進アクチュエータを有し、
前記並進駆動制御機構に連結していて前記作業対象物の
絶対座標系上の姿勢を一定に保つ姿勢保持機構とを有す
ることを特徴とするエンドエフェクタ座標系での指令モ
ードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構。 - 【請求項２】前記エンドエフェクタ座標系の座標軸の一
つは前記エンドエフェクタの軸心と一致していることを
特徴とする請求項１記載のエンドエフェクタ座標系での
指令モード持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構 - 【請求項３】前記姿勢保持機構は並進スライダと回転ス
ライダを介して前記作業対象物を固定体上に支持してい
ることを特徴とする請求項１記載のエンドエフェクタ座
標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機
構
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30601196A JP2735160B1 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30601196A JP2735160B1 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2735160B1 true JP2735160B1 (ja) | 1998-04-02 |
| JPH10138183A JPH10138183A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=17952013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30601196A Expired - Lifetime JP2735160B1 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | エンドエフェクタ座標系での指令モードを持つ位置・姿勢非干渉型アーム機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2735160B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113334357A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-03 | 北京航空航天大学 | 混联机器人系统及虚拟rcm运动控制方法 |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP30601196A patent/JP2735160B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113334357A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-03 | 北京航空航天大学 | 混联机器人系统及虚拟rcm运动控制方法 |
| CN113334357B (zh) * | 2021-06-17 | 2023-10-03 | 北京航空航天大学 | 混联机器人系统及虚拟rcm运动控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10138183A (ja) | 1998-05-26 |
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Legal Events
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