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