JP2736327B2 - ロボットマニピュレータ - Google Patents
ロボットマニピュレータInfo
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- JP2736327B2 JP2736327B2 JP7251191A JP25119195A JP2736327B2 JP 2736327 B2 JP2736327 B2 JP 2736327B2 JP 7251191 A JP7251191 A JP 7251191A JP 25119195 A JP25119195 A JP 25119195A JP 2736327 B2 JP2736327 B2 JP 2736327B2
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- Japan
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- equation
- freedom
- direct
- piston
- pneumatic cylinder
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- Expired - Lifetime
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- Manipulator (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットマニピュレー
タに関し、特にコンプライアンスを有するアクチュエー
タを備えたものである。
タに関し、特にコンプライアンスを有するアクチュエー
タを備えたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の装置としては、図６に示さ
れるアクチュエータ拮抗型１自由度機構を組合わせてな
るマニピュレータが知られている。すなわち、図６にお
いて、１は基板で、支柱２の下端で植立されており、支
柱２の上端には軸受３が固着され、この軸受３に歯車４
が回動自在に取付けられる。歯車４には出力軸５が固定
される。６Ａ，６Ｂは直動型アクチュエータで、下端は
いずれもロッド７を介して基板１に固着され、上端はチ
ェーン８の両端が固着される。このチェーン８はピスト
ン９に接続され、かつ歯車４に係止しており、直動型ア
クチュエータ６Ａの駆動部材であるピストン９が下方に
移動し、直動型アクチュエータ６Ｂの駆動部材であるピ
ストン９が上方に移動したときは歯車４は矢印Ａ方向に
回動し、両直動式アクチュエータ６Ａ，６Ｂの駆動状態
が上述と反対になると、歯車４は矢印Ｂ方向に回動す
る。このようにして出力軸５を矢印ＡまたはＢの方向に
回動駆動する。
れるアクチュエータ拮抗型１自由度機構を組合わせてな
るマニピュレータが知られている。すなわち、図６にお
いて、１は基板で、支柱２の下端で植立されており、支
柱２の上端には軸受３が固着され、この軸受３に歯車４
が回動自在に取付けられる。歯車４には出力軸５が固定
される。６Ａ，６Ｂは直動型アクチュエータで、下端は
いずれもロッド７を介して基板１に固着され、上端はチ
ェーン８の両端が固着される。このチェーン８はピスト
ン９に接続され、かつ歯車４に係止しており、直動型ア
クチュエータ６Ａの駆動部材であるピストン９が下方に
移動し、直動型アクチュエータ６Ｂの駆動部材であるピ
ストン９が上方に移動したときは歯車４は矢印Ａ方向に
回動し、両直動式アクチュエータ６Ａ，６Ｂの駆動状態
が上述と反対になると、歯車４は矢印Ｂ方向に回動す
る。このようにして出力軸５を矢印ＡまたはＢの方向に
回動駆動する。
【０００３】また、ロボットマニピュレータのモジュー
ルを構成するのに、油圧シリンダを２個と、支柱１本を
用いて２自由度としたものは知られている。すなわち、
２自由度を確保する手段として差動ギヤーを使用する装
置や、両側に１自由度を設けた歯車装置がある。
ルを構成するのに、油圧シリンダを２個と、支柱１本を
用いて２自由度としたものは知られている。すなわち、
２自由度を確保する手段として差動ギヤーを使用する装
置や、両側に１自由度を設けた歯車装置がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者の従来例では、マ
ニピュレータの関節の自由度を増すためにモジュールを
接続しようとすると、機構が複雑になるという欠点があ
った。
ニピュレータの関節の自由度を増すためにモジュールを
接続しようとすると、機構が複雑になるという欠点があ
った。
【０００５】また、後者の従来例では、パルス変調コン
トローラを用いることで油圧剛性を高めることを可能と
し、ペイロードの大きなマニピュレータを構成できる利
点を有してはいるが、しかし、壊れやすいものや柔らか
いものをソフトウェアフィードバックなしにはハンドリ
ングすることができないという欠点があった。
トローラを用いることで油圧剛性を高めることを可能と
し、ペイロードの大きなマニピュレータを構成できる利
点を有してはいるが、しかし、壊れやすいものや柔らか
いものをソフトウェアフィードバックなしにはハンドリ
ングすることができないという欠点があった。
【０００６】本発明は、上述した従来のマニピュレータ
の機構が複雑になるという欠点や、アクチュエータとア
ームとのバックラッシュが存在するという欠点を克服
し、柔らかいマニピュレーションを実現するロボットマ
ニピュレータを得ることを目的とするものである。
の機構が複雑になるという欠点や、アクチュエータとア
ームとのバックラッシュが存在するという欠点を克服
し、柔らかいマニピュレーションを実現するロボットマ
ニピュレータを得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】本発明者は、上記従来の
課題について鋭意研究を重ねた結果、２自由度モジュー
ルを直列に結合する機構をとり、駆動力として空気圧を
利用すれば課題を解決しうることを見いだし、この知見
に基づいて本発明をなすに至った。
課題について鋭意研究を重ねた結果、２自由度モジュー
ルを直列に結合する機構をとり、駆動力として空気圧を
利用すれば課題を解決しうることを見いだし、この知見
に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】すなわち、剛体の棒状の支柱の一端を平板
状の基板に固着して植立し、他端を２自由度のジョイン
トを介して他の基板に取付け、前記両基板間に直動式空
気圧シリンダを２個前記支柱と平行に配置し、これらの
直動式空気圧シリンダの両端をそれぞれ２自由度のジョ
イントを介して前記両基板に取付けてモジュールを構成
し、このモジュールを複数個直列に接続したものであ
る。
状の基板に固着して植立し、他端を２自由度のジョイン
トを介して他の基板に取付け、前記両基板間に直動式空
気圧シリンダを２個前記支柱と平行に配置し、これらの
直動式空気圧シリンダの両端をそれぞれ２自由度のジョ
イントを介して前記両基板に取付けてモジュールを構成
し、このモジュールを複数個直列に接続したものであ
る。
【０００９】
【作用】本発明によれば、マニピュレータがモジュール
化されているため、このモジュールを必要な数だけ直列
接続するだけで、必要な自由度を容易に確保することが
実現可能である。また、駆動源が直動式空気圧シリンダ
となっているため、その圧力を制御しアクチュエータそ
のもののコンプライアンスを変化させることにより、セ
ンサを用いたソフトウェアサーボでは制御不可能な高周
波数の外乱を吸収することが実現可能となる。
化されているため、このモジュールを必要な数だけ直列
接続するだけで、必要な自由度を容易に確保することが
実現可能である。また、駆動源が直動式空気圧シリンダ
となっているため、その圧力を制御しアクチュエータそ
のもののコンプライアンスを変化させることにより、セ
ンサを用いたソフトウェアサーボでは制御不可能な高周
波数の外乱を吸収することが実現可能となる。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す外観図であ
る。この図において、１０は２自由度のモジュールを示
し、この実施例は３個のモジュール１０を直列に接続し
て、６自由度のロボットマニピュレータとしたものであ
り、下端はロボットが作業対象に直接働きかける機能を
有するクリッパ，ハンド等の末端効果機へ接続され、上
端はマニピュレータを固定する本体部分に接続される。
る。この図において、１０は２自由度のモジュールを示
し、この実施例は３個のモジュール１０を直列に接続し
て、６自由度のロボットマニピュレータとしたものであ
り、下端はロボットが作業対象に直接働きかける機能を
有するクリッパ，ハンド等の末端効果機へ接続され、上
端はマニピュレータを固定する本体部分に接続される。
【００１１】図２は、図１の実施例におけるモジュール
１０の詳細構成を示す図である。この図において、１１
Ａ，１１Ｂは上，下の基板、１２は剛体の支柱で、一端
は基板１１Ａに植立され、他端は２自由度のジョイント
１３を介して基板１１Ｂに接続されている。１４Ａ，１
４Ｂはコンプライアンスの調節可能な直動式空気圧シリ
ンダで、支柱１２と平行に配置されており、シリンダ１
４Ａ，１４Ｂ内の圧力差でピストン１５とピストンロッ
ド１６とが直動する。直動式空気圧シリンダ１４Ａ，１
４Ｂの下方はロッド１７を介して基板１１Ａに固着さ
れ、上端は２自由度のジョイント１３を介して基板１１
Ｂに接続される。
１０の詳細構成を示す図である。この図において、１１
Ａ，１１Ｂは上，下の基板、１２は剛体の支柱で、一端
は基板１１Ａに植立され、他端は２自由度のジョイント
１３を介して基板１１Ｂに接続されている。１４Ａ，１
４Ｂはコンプライアンスの調節可能な直動式空気圧シリ
ンダで、支柱１２と平行に配置されており、シリンダ１
４Ａ，１４Ｂ内の圧力差でピストン１５とピストンロッ
ド１６とが直動する。直動式空気圧シリンダ１４Ａ，１
４Ｂの下方はロッド１７を介して基板１１Ａに固着さ
れ、上端は２自由度のジョイント１３を介して基板１１
Ｂに接続される。
【００１２】次に、図２のモジュール１０の動作につい
て説明する。基板１１Ｂは支柱１２の上端のジョイント
１３を支点として、直動式空気圧シリンダ１４Ａ，１４
Ｂのピストン１５の移動によるピストンロッド１６の伸
長と縮小の組合わせにより、Ｘ軸，Ｙ軸に関して所要範
囲で回動可能な２自由度のモジュール１０となる。した
がって、図２のモジュール１０を図１のように３個直列
に、つまり、はじめのモジュール１０の基板１１Ｂと次
のモジュール１０の基板１１Ａとを接続するというよう
に順次接続することにより、所要の自由度をもつロボッ
トマニピュレータが構成される。
て説明する。基板１１Ｂは支柱１２の上端のジョイント
１３を支点として、直動式空気圧シリンダ１４Ａ，１４
Ｂのピストン１５の移動によるピストンロッド１６の伸
長と縮小の組合わせにより、Ｘ軸，Ｙ軸に関して所要範
囲で回動可能な２自由度のモジュール１０となる。した
がって、図２のモジュール１０を図１のように３個直列
に、つまり、はじめのモジュール１０の基板１１Ｂと次
のモジュール１０の基板１１Ａとを接続するというよう
に順次接続することにより、所要の自由度をもつロボッ
トマニピュレータが構成される。
【００１３】次に、直動式空気圧シリンダ１４Ａ（１４
Ｂ）の空気圧とコンプライアンスとの関係について説明
する。
Ｂ）の空気圧とコンプライアンスとの関係について説明
する。
【００１４】図３は、図２の直動式空気圧シリンダ１４
Ａ（１４Ｂ）の側断面略図である。この図において、直
動式空気圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内のピストン１５
の左右の圧力をｐi 、体積をＶi 、ピストン１５の断面
積をＡi 、直動式空気圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内端
面からピストン１５までの距離をｌi とおき（ｉ＝０，
１）、気体の比熱比をγとすると、幾何学的拘束条件よ
り、下記〔数１〕が得られる。
Ａ（１４Ｂ）の側断面略図である。この図において、直
動式空気圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内のピストン１５
の左右の圧力をｐi 、体積をＶi 、ピストン１５の断面
積をＡi 、直動式空気圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内端
面からピストン１５までの距離をｌi とおき（ｉ＝０，
１）、気体の比熱比をγとすると、幾何学的拘束条件よ
り、下記〔数１〕が得られる。
【００１５】
【数１】 ピストン１５に加わる力をｆとすると、ｆ＝０における
平衡状態では、〔数２〕となる。ただし、ｆ0は平衡力
である。
平衡状態では、〔数２〕となる。ただし、ｆ0は平衡力
である。
【００１６】
【数２】 外部からピストン１５に力ｆが加わった時、直動式空気
圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内の気体は断熱変化すると
仮定すると、〔数３〕となる。
圧シリンダ１４Ａ（１４Ｂ）内の気体は断熱変化すると
仮定すると、〔数３〕となる。
【００１７】
【数３】 Ｖi ＝Ａi ｌi の関係から、〔数４〕が得られる。
【００１８】
【数４】 力が加わった時の変位をΔｌ，圧力変化をΔｐi とすれ
ば、
ば、
【００１９】
【数５】
【００２０】
【数６】 となる。ここで、
【００２１】
【数７】 である。
【００２２】〔数５〕，〔数６〕を〔数７〕に代入し、
〔数２〕の関係を用いれば、〔数８〕に示すように
〔数２〕の関係を用いれば、〔数８〕に示すように
【００２３】
【数８】 となる。
【００２４】例えば、ｌ0 ＝ｌ1 のとき、ｘ＝Δｌ／ｌ
0 とおけば、〔数９〕に示すように、
0 とおけば、〔数９〕に示すように、
【００２５】
【数９】 となる。これをグラフにすると、図４に示す特性図のよ
うになる。
うになる。
【００２６】また、外力による変形が小さい領域（ｘ∈
［０，０．２］）では、〔数１０〕のように直線近似す
ることができ、図５に示すようになる。
［０，０．２］）では、〔数１０〕のように直線近似す
ることができ、図５に示すようになる。
【００２７】
【数１０】 以上より、外力が加わったとき、ピストン１５の変位が
大きくない場合には、空気の圧縮性によりあたかもばね
のような挙動を示すことがわかる。また、ばね係数は初
期状態での平衡力ｆ0 を変えることで制御することが可
能であることがわかる。
大きくない場合には、空気の圧縮性によりあたかもばね
のような挙動を示すことがわかる。また、ばね係数は初
期状態での平衡力ｆ0 を変えることで制御することが可
能であることがわかる。
【００２８】次に、コンプライアンスと吸収する外乱の
周波数との関係について説明する。上記では圧縮空気に
よるばねの効果について述べたが、ピストン１５の摺動
部の摩擦、駆動部の質量も無視することはできない。そ
れらをまとめると、〔数１１〕で表される２次システム
で近似できる。
周波数との関係について説明する。上記では圧縮空気に
よるばねの効果について述べたが、ピストン１５の摺動
部の摩擦、駆動部の質量も無視することはできない。そ
れらをまとめると、〔数１１〕で表される２次システム
で近似できる。
【００２９】
【数１１】 したがって、パラメタｋを〔数１１〕で導出された方法
で設定することにより、吸収可能な外乱周波数を制御す
ることができる。
で設定することにより、吸収可能な外乱周波数を制御す
ることができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように支柱の一
端面に基板を固着し、他端面に２自由度のジョイントを
介して他の基板を取付け、前記両基板間に直動式空気圧
シリンダを２個前記支柱と平行に配置し、これらの直動
式空気圧シリンダの両端をそれぞれ２自由度のジョイン
トを介して前記両基板に取付けてモジュールを構成し、
このモジュールを複数個直列に接続することにより、コ
ンプライアンスを有するようにしたので、シンプルな機
構によりコンプライアンス制御が行えるロボットマニピ
ュレータが得られる。そして、直動式空気圧シリンダの
空気圧を制御し、そのコンプライアンスを変えることに
より高周波の外乱を吸収することができる。
端面に基板を固着し、他端面に２自由度のジョイントを
介して他の基板を取付け、前記両基板間に直動式空気圧
シリンダを２個前記支柱と平行に配置し、これらの直動
式空気圧シリンダの両端をそれぞれ２自由度のジョイン
トを介して前記両基板に取付けてモジュールを構成し、
このモジュールを複数個直列に接続することにより、コ
ンプライアンスを有するようにしたので、シンプルな機
構によりコンプライアンス制御が行えるロボットマニピ
ュレータが得られる。そして、直動式空気圧シリンダの
空気圧を制御し、そのコンプライアンスを変えることに
より高周波の外乱を吸収することができる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す外観斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明に用いる基本モジュールの構成を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】図２の直動式空気圧シリンダの側断面図であ
る。
る。
【図４】図３の直動式空気圧シリンダの圧力特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】図４において空気圧による変形が小さい領域に
おける特性を示すグラフである。
おける特性を示すグラフである。
【図６】従来のアクチュエータ拮抗型１自由度のマニピ
ュレータの構成を示す斜視図である。
ュレータの構成を示す斜視図である。
１０ モジュール １１Ａ 基板 １１Ｂ 基板 １２ 支柱 １３ ジョイント １４Ａ 直動式空気圧シリンダ １４Ｂ 直動式空気圧シリンダ １５ ピストン １６ ピストンロッド １７ ロッド
Claims (1)
- 【請求項１】剛体の棒状の支柱の一端を平板状の基板に
固着して植立し、他端を２自由度のジョイントを介して
他の基板に取付け、前記両基板間に直動式空気圧シリン
ダを２個前記支柱と平行に配置し、これらの直動式空気
圧シリンダの両端をそれぞれ２自由度のジョイントを介
して前記両基板に取付けてモジュールを構成し、このモ
ジュールを複数個直列に接続することにより、コンプラ
イアンスを有することを特徴とするロボットマニピュレ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7251191A JP2736327B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | ロボットマニピュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7251191A JP2736327B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | ロボットマニピュレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0985653A JPH0985653A (ja) | 1997-03-31 |
| JP2736327B2 true JP2736327B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=17219046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7251191A Expired - Lifetime JP2736327B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | ロボットマニピュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2736327B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100624217B1 (ko) * | 2005-06-27 | 2006-09-15 | (주)스맥 | 로봇의 관절부 구동을 위한 3차원 복합 폐 링크장치 |
| CN100413656C (zh) * | 2006-10-13 | 2008-08-27 | 燕山大学 | 空间非对称两自由度转动并联机构 |
| JP2015036161A (ja) * | 2013-08-12 | 2015-02-23 | 国立大学法人富山大学 | 関節機構 |
| CN103878764B (zh) * | 2014-03-21 | 2015-09-30 | 浙江大学 | 一种三自由度气动混合驱动并联平台 |
| CN109807925B (zh) * | 2017-11-20 | 2021-10-19 | 上海交通大学 | 可主动变形的气动型交错轴柔顺铰链 |
| CN108818523B (zh) * | 2018-06-25 | 2021-09-10 | 江苏大学 | 一种多臂软体机器人 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3083312B2 (ja) * | 1990-08-31 | 2000-09-04 | 株式会社タダノ | 多関節アーム |
| JP3032039B2 (ja) * | 1991-05-31 | 2000-04-10 | 川崎重工業株式会社 | 歩行補助装置 |
-
1995
- 1995-09-28 JP JP7251191A patent/JP2736327B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0985653A (ja) | 1997-03-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |