JP6377120B2 - 多関節の可撓性ロボットアーム及びブレーキ - Google Patents

多関節の可撓性ロボットアーム及びブレーキ Download PDF

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Description

本発明は、ロボット分野に関し、特に多関節の可撓性ロボットアームに関する。
ロボットアームは、産業で一番よく使われるロボットの一種類であり、産業レベルおよび要求の向上に伴い、ロボットアームを用いるロボットに対する要求も高まっている。自由度が高いロボットは敏捷性を有し、さらに適用範囲と作業空間と遠隔処理能力を向上し、狭いラビリンス通路の空間に入って探傷を行うことができるとともに、障害物を回避する能力を備えるが、これらは一般のロボットにとっては達しにくい。また、ケースを着脱する必要がなく、のぞき孔からその内部に入って、機器の運行状況又はキー部材の清潔、メンテナンスなどの動作を検査し、曲線型配管接続部の密封、検出、低侵襲技術などに活用できる。蛇行多関節の可撓性アームは一般的に移動用台車又は自動線に取り付けられて作業を行い、その末端にはいろんな手段、例えば、カメラ、サーチライト、折割装置、およびブラシが取り付けられ、密封性検査を実施でき、ナセル内の限られた空間において伸縮掘削式安全検査を行うことができる。
現在のロボットアームの多くは、関節モータを採用して各関節の動作を駆動しているため、各関節に1つの関節モータが必要となり、その取り付け構造が複雑であり、故障率が高い。それに、複数のモータが協調制御することも極めて複雑である。上記した課題について、現在ではまだよい解決案がない。
本発明は、先行技術において、複数のモータがロボットアームを協調制御するに当たって、少なくとも取り付け構造が複雑であり、エネルギー消耗が大きく、制御システムが複雑であるなどの問題を解決するための多関節の可撓性ロボットアームを提供する。
本発明は、複数のプッシュロッドを駆動して往復直線運動を行わせる駆動部と、直交して交互に接続された縦方向の回転関節と横方向の回転関節とを備え、前記縦方向の回転関節の枢軸が前記横方向の回転関節の枢軸と垂直し、前記縦方向の回転関節と前記横方向の回転関節がそれぞれの枢軸を中心に回転及び停止できる回転関節部と、一端がそれぞれ前記各プッシュロッドに接続され、前記回転関節部の各回転関節を順次に突き通った後、他端が最先端の回転関節を突き抜けて固定される複数のワイヤと、各回転関節に取り付けられたブレーキとを備え、プッシュロッドの往復直線運動を利用してワイヤを締めたり緩めたりすることによって、前記回転関節部の回転を制御することを特徴する多関節の可撓性ロボットアームを提供する。
一方、本発明は、回転関節と同軸に固定して接続され、両端面が歯面である止リングと、スプラインと枢軸によって前記止リングの両端に摺動自在に接続され、止リングに近接する端面も歯面であり、軸方向の外側に複数のばねを有することによって可動リングと止リングを押し出して歯面をかみ合わせる2つの可動リングと、可動リングの軸方向の外側に設置された電磁コイルと、を備えたブレーキであって、電磁コイルが通電時、可動リングを吸引して止リングと分離の状態まで摺動させて、回転関節が非制動の状態となり、電磁コイルが非通電時、ばねの弾性力によって可動リングを止リングの歯面とかみ合う状態まで摺動させて、回転関節が制動の状態となる、上記した前記多関節の可撓性ロボットアームに適用するブレーキを提供する。
本発明に係る多関節の可撓性ロボットアームは、プッシュロッドによってワイヤを動かし、ブレーキと結合して各関節を駆動して回転させるとともに、プッシュロッドに位置センサを設置することによってプッシュロッドのシフト量を感知し、各関節の回転角度を精密に制御する。従来の工業用ロボットに比べて、モジュール化設計の単一性を有し、コンパクトな構成で互換性が良く、製造とメンテナンスに係るコストが低減される。また、自由度が高く敏捷性が強く、適用範囲と作業空間を向上でき、自己の関節角度を変化させることによって、最適な姿勢で異なる作業任務と周囲の環境の変化に適応できる。
図1は、本発明の実施形態に係る多関節の可撓性ロボットアームを示す斜視模式図である。 図2は、本発明の実施形態に係る駆動部を示す斜視模式図である。 図3は、本発明の実施形態に係る回転関節を示す斜視模式図である。 図4は、本発明の実施形態に係る回転関節を示す断面図である。 図5は、本発明の実施形態に係る多関節の可撓性ロボットアームを示す動作模式図である。
図1に示したように、回転関節部は直交して交互に接続された縦方向の回転関節2と横方向の回転関節3を含む。
本発明の実施形態において、回転関節が駆動部1から順次に接続して延出される方向を先端と、先端の反対側を後端と設定する。縦方向の回転関節2は関節マウント4によって後端の横方向の回転関節3と接続し、もう1つの関節マウント4によってその先端の横方向の回転関節3と接続する。関節マウント4は平板状であり、具体的に、外周面が円形で内部に角穴を持つ平板状であり、関節制御電線が内部の角穴を通る。回転関節はボルトによって関節マウント4と接続される。前記縦方向の回転関節2はその縦方向枢軸21を中心に回転及び制動され、前記横方向の回転関節3はその横方向枢軸31を中心に回転及び制動される。ブレーキの構成については後で説明する。
本発明の実施形態では、ワイヤが4本の例を挙げているが、ワイヤをもっと多く使用してもよく、例えば、8本、12本などにしてもよい。ワイヤ本数が多いほどその電力が大きく、回転モーメントも大きい。それに、関節マウント4において、ワイヤの数に対応してワイヤ孔が加工されている。4つのワイヤ孔は関節マウントの円周方向に沿って等間隔に配置される。それに、対称して設置されたワイヤ孔の円中心の結線は枢軸の軸線とそれぞれ平行する。4つのワイヤ孔からそれぞれ4本のワイヤを通させて、ワイヤがこれらの縦方向の回転関節と横方向の回転関節をつながせるように、対応するワイヤ孔を順次に突き通る。上記した構成で接続することによって、ロボットアームの動作部分を構成し、また、駆動部1によってワイヤを駆動することによって、ロボットアームが動作するように駆動できる。
本発明の実施形態では、12個の縦方向の回転関節と11個の横方向の回転関節を採用しており、ワイヤがすべての縦方向の回転関節と横方向の回転関節を突き通ったら、アームをS字状に折り曲げることによって、多くの複雑な動作を完成できる。ワイヤの後端は接続継手12によってプッシュロッド11と接続され、駆動部1の出力端がプッシュロッド11と接続されることによってプッシュロッド11に動力を提供し、プッシュロッド11に往復直線運動を行わせる。プッシュロッド11の先端には回路基板14と位置決めリング13が設置されており、位置決めリング13は4つの電動プッシュロッドの軸線位置と関節マウントの4つのワイヤ孔の位置を精密に決めることによって、電動プッシュロッドの軸線位置とワイヤ孔の位置を精密に合わせる。4つの電動プッシュロッドの先端とワイヤは接続継手12によって接続される。ワイヤの先端、つまり最先端の回転関節の関節マウント4では、接続継手12でワイヤを固定し、駆動部1のプッシュロッド11によって、ワイヤの緩締を制御することで縦方向の回転関節または横方向の回転関節を制御して回転させる。
次に、その制御経過について詳しく説明する。
ワイヤは、それぞれ、上ワイヤ5、下ワイヤ6、左ワイヤ7、右ワイヤ8である。図2に示すように、プッシュロッド11は、上プッシュロッド111と、下プッシュロッド112と、左プッシュロッド113と、右プッシュロッド114とを含み、各ワイヤとそれぞれ対応する。
上ワイヤ5と下ワイヤ6は縦方向の回転関節を制御することによって回転関節を中心に上下に回転する。左ワイヤ7と右ワイヤ8は横方向の回転関節を制御することによって前後に揺動する。
また、ワイヤは、プッシュロッド11により動力を提供することによって、引っ張り運動を行い、電動プッシュロッドの前に押し出す移動量や後ろに引っ張る移動量が上ワイヤ5と下ワイヤ6を制御して締めたり緩めたりし、さらに、関節マウントのワイヤ孔を利用して、必要な関節の回転角度に変換する。例えば、ロボットアームを垂直面で上方向へ揺動させるために、まず、すべての縦方向の回転関節と横方向の回転関節を制動し、次に、回転させようとする関節の制動を解除する。この時、上プッシュロッド111は、上ワイヤ5を後ろに引っ張り、つまり、プッシュロッド11が後へ締められ、下ワイヤ6を前へ緩め、つまり、下プッシュロッド112が前に押し出されるように制御する。
また、左ワイヤ7と右ワイヤ8はそのまま動かない。上ワイヤ5が後へ締められるため、上ワイヤ5はワイヤ孔によって関節マウント4を動かして上方向へ引き上げるとともに、下ワイヤ6が前へ緩められるため、上ワイヤ5と下ワイヤ6の配合動作によって、回転関節部を上方向へ引き上げる。ワイヤを締めたり緩めたりすることによって揺動する角度を制御し、揺動する角度が要求に達した場合、再び当該回転関節部を制動する。即ち、ロボットアームに垂直面で上方向へ揺動する動作を完成させることができる。
また、下方向へ揺動する場合、つまり、上ワイヤ5を緩め、下ワイヤ6を締め、左ワイヤ7と右ワイヤ8をそのままにして、ロボットアームに垂直面で下方向へ揺動する動作を完成できる。
一般的な多関節ロボットアームは、各関節に角度検出装置を設置しているが、構成が複雑で、制御設計が複雑である。それに対して、本発明の実施形態の多関節ロボットアームの電動プッシュロッドは、サーボモータと、減速機と、ねじナットとから構成されており、電動プッシュロッドにはまた位置センサ15が設置されている。よって、プッシュロッドの伸縮量、即ち、プッシュロッドを前に押し出す移動量や後ろに引っ張る移動量を検出でき、上下2つの電動プッシュロッドの後ろに引っ張る移動量と前に押し出す移動量が大体同じである。
なお、電動プッシュロッドにエンコーダを設置することによって、プッシュロッドの伸縮の精度を検出するためのサーボモータの回転数を検出できる。また、プッシュロッドの伸縮量を精密に制御でき、さらに、回転関節の回転角度を精密に制御できる。位置センサを有する電動プッシュロッドを採用してワイヤの動作を駆動することによって、関節センサを大量に減らせることができる。
また、例えば、ロボットアームを水平面で左方向へ揺動させるために(図面における紙面の奥向き方向)、まず、すべての縦方向の回転関節と横方向の回転関節を制動し、次に、回転が必要な回転関節の制動を解除する。上ワイヤ5と下ワイヤ6の緩締程度は維持し、駆動部1の左プッシュロッド113により左ワイヤ7を締め、右プッシュロッド114により右ワイヤ8を緩めることによって、ロボットアームを水平面で左方向へ揺動させる。
同じ回転方向の回転関節には、制御タイミング毎に回転して動作可能な回転関節が1つしかなく、その他の同じ回転方向の回転関節はすべてブレーキによってロックされる。そして、縦方向の回転関節と横方向の回転関節は同時に動作でき、つまり、上記した上方向への揺動と左方向への揺動は同時に動作できる。まず、すべての縦方向の回転関節と横方向の回転関節を制動し、次に、1つの縦方向の回転関節と1つの横方向の回転関節の制動を解除する。上ワイヤ5と左ワイヤ7を締めるとともに、下ワイヤ6と右ワイヤ8を緩めることによって、上方向への揺動動作と左方向への揺動動作を完成できる。
本発明のロボットアームによると、関節モータを取り消し、電動プッシュロッドを採用してワイヤを制御することによって、回転関節部を動かして回転させる。また、ブレーキと配合してロボットアームを駆動することによって、空間動作を完成できる。
本発明に係る多関節ロボットアームは、従来の工業用ロボットに比べて、モジュール化設計の単一性を有し、コンパクトな構成で互換性が良く、製造とメンテナンスに係るコストが低減される。また、自由度が高く敏捷性が強く、適用範囲と作業空間を向上でき、自己の関節角度を変化させることによって、最適な姿勢で異なる作業任務と周囲の環境の変化に適応できる。例えば、ナセル、車室、曲線配管など構成が狭い空間で検出任務を完成できるが、これらは、一般のロボットにとっては完成できない任務である。また、アームの末端に環境感知センサを設置することによって、自己の記憶機能を利用して障害物を回避でき、末端の実行部品を交換することによって、飛行機のキャビティに対して糊付け、排出、不要な物の取り出しなどを行うことができる。なお、未知、危険などの環境で遠距離操作作業を行うに当たって、より大きな優位性を備える。ワイヤ式の多関節アームを採用することで剛性を向上できる。
縦方向の回転関節と横方向の回転関節は、取り付けられ軸線がお互いに垂直であれば、構成が同じであってもよい。図3は回転関節の構成図であり、2つの関節マウント4が接続部品によってそれぞれ枢軸100と接続される。接続部品は、薄鋼板が関節マウント4との接続位置において垂直に折り曲げるようになっている。具体的に、上関節マウント41と上接続部品411はボルトにより接続され、上接続部品411が軸受によって枢軸100に取り付けられ、回転対偶を形成し、軸受が主に径方向の力を受ける。枢軸100の軸方向の中心には止リング103が設置され、ブレーキのケース107はリベット105によって止リング103、上接続部品411と一体に接続される。即ち、止リング103は上接続部品411に対して相対的な回転がない。止リング103の内径が枢軸100の外径より大きいため、止リング103と枢軸100には接続による位置決め関係がない。
下関節マウント42と下接続部品421は、ボルトによって接続される。下接続部品421は、接続部品102、円錐ピン101によって枢軸100と固定接続される。よって、枢軸100は下関節マウントに対して相対的な回転がなく、固定接続される。関節の内部の制動構成は止リング103に基づいて両側が対称し、2つの可動リング104と枢軸100の中段がスプラインずれにより接続され、止リング103の両側に配置される。即ち、可動リングと枢軸は円周方向で位置決めされ、両者の間には相対的な回転がない。
止リング103の両側端面には歯1031が設置されている。可動リング104は止リング103と配合する歯1041を有し、可動リングと止リングが歯面の歯のかみ合いによって関節を制動する。また、複数の階段状の孔がケース107の円周方向に沿って等間隔に配置されており、孔の内部にはキャリアーロッド1073、ばね1072、及び付勢ねじ1071が取り付けられている。可動リング104の軸方向の両側にはそれぞれ外部の回路に接続するコイル106が設置されている。
制動する時、コイル106は遮断され、ばね1072の付勢ねじ1071の圧力によって、可動リング104が枢軸100の軸線方向に沿って止リング103の端面に向かって移動し、さらに、端面の歯をかみ合わせて、可動リングと止リングの相対的な回転がなくなるように促して、回転関節が回転できなく制動状態となる。
制動解除時、コイル106に通電し、コイルが可動リング104を吸引して枢軸100の軸線方向に沿って止リング103から離反する方向へ摺動させることによって、歯1031と歯1041がかみ合わなくなり、ワイヤ孔412を突き通るワイヤによって上関節マウント41を引き上げると、上関節マウント41と一体に接続されている上接続部品411及び止リング103が同時に回転する。
本発明の実施形態の電磁ブレーキは、一般のブレーキと区別して、非通電制動を採用している。関節が多いため、同じ回転方向(横方向または縦方向)において1つの回転関節の回転しかなく、その他は全部制動状態になる。よって、本発明の実施形態は非通電制動を採用することによって、電力消費を節約できる。以上は一種類のブレーキの構成でありが、ブレーキは、例えば、ディスクブレーキ、ドラムブレーキなどのさまざまな形式を採用して、本発明のワイヤ式多関節ロボットアームと配合して使用できる。
なお、先端の回転関節には環境感知センサ9が設置されており、環境感知センサによって物体の位置情報をフィードバックする。また、アーム制御システムを利用して各関節の回転とロボットアーム全体の移動を協調させて狭い空間に入る。ロボットアームが垂直面の2つの点のそれぞれを中心に通過運動を行う経過を例にすると、図5の点Bと点Aは同じ垂直面に位置し、図5はロボットアームが点Bと点Aのそれぞれを中心に移動した後の状態を示す図である。
ロボットアームは、点Bの右下側から点Bを中心に移動して、点Bと点Aの間を通って、点Bの左上側から点Aを中心に移動して、点Aの上側から突き抜ける。台車に取り付けられたロボットアームの最初の状態は縦方向の回転関節が水平方向へ伸ばされているとともにすべて制動されている。台車の開始位置は点Bの左下側で、ロボットアームの最先端が点Bの左下側に位置する。環境感知センサ9は点Bの位置情報をアーム制御システムにフィードバックし、ロボットアームを載せた台車が水平方向で右側へ移動し始める。一番目の縦方向の回転関節201が点Bを経過時(点Bの直下を経過)、台車が停止し、回転関節201が制動を停止し、ワイヤが当該関節を制御して反時計方向へ45度回転してから制動する。台車は、引き続き水平方向で前に向かって運動し、二番目の縦方向の回転関節202が点Bを経過時、台車が停止し、回転関節202が制動を停止し、ワイヤが当該関節を制御して反時計方向へ45度回転してから制動する。台車は、引き続き水平方向で前に向かって運動し、このように、回転関節204が反時計方向へ45度回転するまで以上の運動を順次に繰り返してから、台車を停止させる。この場合、ロボットアームの先端は点Bと点Aの間に位置し、先端が水平方向で左側を向く。点Bを中心に移動する経過において、台車が停止する毎に1つの縦方向の回転関節を回転させる。
続いて、ロボットアームの後端は引き続き点Bを中心に運動し、点Bと点Aの間を通った先端は点Aを中心に運動する。
台車は、引き続き水平方向で右側に向かって運動し、五番目の縦方向の回転関節205が点Bを経過時、台車が停止し、回転関節202が制動を停止し、回転関節205を制御して反時計方向へ45度回転し制動する。続いて、回転関節201が制動を停止し、ワイヤは回転関節201を制御して時計方向へ90度回転してから制動する。台車は引き続き水平方向で右側に向かって運動し、ロボットアームの先端が水平方向で右側へ伸ばされるまでに順次に類推する。
アームの後端が点Bを中心に行う運動とアームの先端が点Aを中心に行う運動は順次に連続した運動であり、つまり、台車が停止する毎に2つの関節を回転させる。
関節の制御経過を具体的に説明するために、台車の運動は間欠運動を採用する。実際の多関節のアームに対する操作経過において、台車が直線運動を行うことと非制動関節の回転協調性さえ満たせば、台車が適切に等速で進む場合、関節は同時に回転を行って障害物を乗り越えることができる。
以上はロボットアームが垂直面の2つの点のそれぞれを中心に通過運動を行う経過である。上記により、直後の関節と台車の協調運動が直前の関節と台車の協調運動を繰り返していることが分かる。よって、関節プログラムの記憶機能を利用して、簡単で確実な制御を実現できる。フーリエ級数によって、どんなに複雑な周期の波形軌道であっても簡単な余弦または正弦波形が重ね合って形成されることが分かる。図5の多関節のアームはS字状(横から見ると余弦波形と類似する)に変換でき、即ち、大部分の軌道または姿勢の生成を満たせ、複数種類の作業が狭いラビリンス通路の通過に対する要求を完成している。
なお、本発明は、縦方向の回転関節と横方向の回転関節の接続順次について制限してなく、例えば、1つ以上の縦方向の回転関節を順次に接続してから横方向の回転関節と接続してもいい。また、空間の制限と動作の要求によって、回転関節を任意に組み合わせてもいい。例えば、平面での運動のみ必要とする場合、複数の縦方向の回転関節または横方向の回転関節のみ接続すればいい。
一方、本発明によると、ロボットアーム用のブレーキを提供する。上関節マウント41と上接続部品411はボルトにより接続され、上接続部品411が軸受108によって枢軸100に取り付けられ、回転対偶を形成し、軸受108が主に径方向の力を受ける。枢軸100の軸方向の中心には止リング103が設置され、駆動部1のケース107はリベット105によって止リング103、上接続部品411と一体に接続される。止リング103の内径が枢軸100の外径より大きいため、止リング103と枢軸100は接続による位置決め関係がない。
下関節マウント42と下接続部品421はボルトにより接続される。下接続部品421は接続部品102、円錐ピン101によって枢軸100と固定接続される。よって、枢軸100は下関節マウントに対して相対的な回転がなく、固定接続される。止リング103の両側の枢軸にはそれぞれ可動リング104が設置されており、可動リング104と枢軸100はスプラインずれを採用して接続される。即ち、可動リングと枢軸は円周方向で位置決めされ、両者の間には相対的な回転がない。
止リング103の両側面には歯1031が設置されている。可動リング104は止リング103と配合する歯1041を有し、可動リングと止リングが歯面のかみ合いによって制動を制御する。また、複数の階段状の孔がケース107の円周方向に沿って等間隔に配置されており、孔の内部にはキャリアーロッド1073と、ばね1072と、付勢ボルト1071とが取り付けられている。可動リング104の軸方向の両側にはそれぞれ外部の回路に接続するコイル106が設置されている。
制動する時、コイル106は遮断され、ばね1072の圧力によって、可動リング104の歯1041と止リング103の歯1031がかみ合う状態になり、枢軸100が回転できないため、可動リングと止リングの回転が制限されて、回転関節が回転できなく制動状態となる。
制動解除時、コイル106に通電し、コイルが可動リング104を吸引して軸方向の両側へ摺動させることによって、歯1031と歯1041がかみ合わなくなり、ワイヤ孔412を突き通るワイヤによって上関節マウント41を引き上げると、上関節マウント41と一体に接続されている上接続部品411及び止リング103が同時に回転する。
本発明の多関節ロボットアームは、従来の工業用ロボットに比べて、モジュール化設計の単一性を有し、コンパクトな構成で互換性が良く、製造とメンテナンスに係るコストが低減される。また、自由度が高く敏捷性が強く、適用範囲と作業空間を向上でき、自己の関節角度を変化させることによって、最適な姿勢で異なる作業任務と周囲の環境の変化に適応できる。また、ワイヤ式の多関節アームを採用することで剛性を向上できる。多関節の可撓性ロボットアームは関節モータを取り消し、電動プッシュロッドを採用してワイヤを駆動することによって、回転関節を動かして回転させる。そのため、関節モータの代わりにワイヤとブレーキを結合して使用することによって、関節構造の複雑性と消費した電力が低減されるとともに、制御設計が簡単で実現しやすい。
1 駆動部
2 回転関節
3 回転関節
5 上ワイヤ
6 下ワイヤ
7 左ワイヤ
8 右ワイヤ
11 プッシュロッド
111 上プッシュロッド
112 下プッシュロッド
113 左プッシュロッド
114 右プッシュロッド

Claims (2)

  1. 複数のプッシュロッドを駆動して往復直線運動を行わせる駆動部と、
    直交して交互に接続された縦方向の回転関節と横方向の回転関節とを備え、前記縦方向の回転関節の枢軸が前記横方向の回転関節の枢軸と垂直し、前記縦方向の回転関節と前記横方向の回転関節がそれぞれの枢軸を中心に回転及び停止できる回転関節部と、
    一端がそれぞれ前記各プッシュロッドに接続され、前記回転関節部の各回転関節を順次に突き通った後、他端が最先端の回転関節を突き抜けて固定される複数のワイヤと、を備え、
    プッシュロッドの往復直線運動を利用してワイヤを締めたり緩めたりすることによって、前記回転関節部の回転を制御する多関節の可撓性ロボットアームに適用するブレーキであって、
    前記多関節の可撓性ロボットアームの前記回転関節部の各回転関節に取り付けられ、
    回転関節と同軸に固定して接続され、両端面が歯面である止リングと、
    スプラインと枢軸によって前記止リングの両端に摺動自在に接続され、止リングに近接する端面が歯面であり、軸方向の外側に複数のばねを有することによって可動リングと止リングを押し出して歯面をかみ合わせる2つの可動リングと、
    可動リングの軸方向の外側に設置された電磁コイルと、を備え、
    電磁コイルが通電時、可動リングを吸引して止リングと分離した状態まで摺動させて、回転関節が非制動の状態となり、電磁コイルが非通電時、ばねの弾性力によって可動リングを止リングの歯面とかみ合う状態まで摺動させて、回転関節が制動の状態となることを特徴とするブレーキ。
  2. 付勢ねじを通じてばねの圧縮量を調整することによって、可動リングと止リングの付勢程度を調整することを特徴とする請求項1に記載のブレーキ。
JP2016244680A 2016-07-22 2016-12-16 多関節の可撓性ロボットアーム及びブレーキ Active JP6377120B2 (ja)

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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108237524B (zh) * 2016-12-26 2020-11-03 中国科学院沈阳自动化研究所 一种线驱动连续型机器人
CN108237519B (zh) * 2016-12-26 2020-11-03 中国科学院沈阳自动化研究所 一种超冗余度机器人
CN106695770A (zh) * 2017-02-24 2017-05-24 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种柔性臂关节组
CN107097218B (zh) * 2017-05-26 2023-04-07 天津大学 一种基于机械锁定的丝牵引变刚度机构
CN108214546A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 国网浙江省电力公司绍兴供电公司 伸缩式井道探镜
CN108946138B (zh) * 2018-06-27 2023-10-31 江苏伟正电气科技有限公司 一种电池的防脱落机构
CN108942978B (zh) * 2018-07-13 2020-07-14 哈尔滨工业大学(深圳) 一种柔性机器人驱动控制面板与驱动控制箱
CN108908319B (zh) * 2018-07-13 2020-07-07 哈尔滨工业大学(深圳) 一种轻量化柔性机器人
CN110200768B (zh) * 2019-05-27 2021-03-02 中南大学湘雅医院 一种医用柔性机器人
CN110170979B (zh) * 2019-05-30 2022-11-04 南方科技大学 一种适用于非结构化环境下进行物理交互的轮式机器人
CN110228055B (zh) * 2019-05-30 2022-11-04 南方科技大学 一种适用于非结构化环境下进行物理交互的多关节机械臂
KR102284509B1 (ko) * 2019-07-25 2021-08-03 엘지전자 주식회사 충전 로봇 및 그 제어방법
GB2588814B (en) * 2019-11-08 2024-02-14 Process Vision Ltd Robotic apparatus
US11752622B2 (en) * 2020-01-23 2023-09-12 General Electric Company Extension tool having a plurality of links
CN111251284B (zh) * 2020-03-25 2023-10-27 南京航空航天大学 一种压电驱动深海机械臂及其驱动方法
CN112247973B (zh) * 2020-10-26 2021-08-03 朱幕松 内藏式机器人一体化关节模组
CN112273054B (zh) * 2020-11-30 2022-06-17 南宁学院 一种三指柔性百香果采摘机械手
CN112706155B (zh) * 2020-12-30 2024-03-12 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种模块化力位双闭环控制的超冗余绳驱动机器人
CN112719844B (zh) * 2021-01-23 2023-05-09 深圳市顿泽慧科技有限公司 一种壁挂式电子产品组装生产装置及组装生产方法
CN113021410B (zh) * 2021-03-03 2022-05-13 大连理工大学 一种融合折纸形外壳与张拉结构的连续型机械臂
CN113977562B (zh) * 2021-10-26 2023-08-15 浙江大学 一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂
CN113953285B (zh) * 2021-10-28 2022-09-06 深圳市众视通线材有限公司 多功能机器人
CN114406995A (zh) * 2022-01-29 2022-04-29 中国航空制造技术研究院 一种蛇形机械臂及稳定工作方法
CN114800619B (zh) * 2022-06-10 2023-07-04 北京通用人工智能研究院 一种柔性连续体机器人的线牵引驱动装置
CN115056209A (zh) * 2022-06-23 2022-09-16 中核核电运行管理有限公司 一种核电厂主泵轴密封检修多关节机械手臂
CN115781752B (zh) * 2022-11-22 2023-06-30 哈尔滨工业大学 一种应用于软体机械臂的三自由度驱动关节
CN116968038B (zh) * 2023-09-22 2024-01-02 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种基于多电机编码的柔性操控系统与控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE419421B (sv) * 1979-03-16 1981-08-03 Ove Larson Bojlig arm i synnerhet robotarm
US5317952A (en) * 1991-11-22 1994-06-07 Kinetic Sciences Inc. Tentacle-like manipulators with adjustable tension lines
CN103417298B (zh) * 2012-05-25 2017-10-10 三星电子株式会社 臂单元及具有该臂单元的机器人
JP6159075B2 (ja) * 2012-11-01 2017-07-05 国立大学法人東京工業大学 鉗子マニピュレータ、および鉗子マニピュレータを備える鉗子システム
JP6037964B2 (ja) * 2013-07-26 2016-12-07 オリンパス株式会社 マニピュレータシステム
CN106163421B (zh) * 2014-02-21 2021-09-24 直观外科手术操作公司 具有受约束运动的可铰接构件以及相关设备和方法
JP6482079B2 (ja) * 2014-11-07 2019-03-13 国立大学法人金沢大学 多関節マニピュレータ
CN105014689A (zh) * 2015-07-28 2015-11-04 上海交通大学 运动解耦的绳驱动连续体机械臂及机器人
CN105150193B (zh) * 2015-09-28 2017-12-19 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种基于闭环绳索驱动的超冗余柔性机械臂
CN105666519B (zh) * 2016-01-29 2017-09-19 中山市博奥控制技术有限公司 一种机械手及一种蛇形机器臂系统装置的实现方法

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