JP7476218B2 - 複数のばね補償される関節を有するロボットマニピュレータ - Google Patents
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Description
(関連出願の相互参照)
本願は、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる、2018年10月30日に出願され、「Robotic Manipulator Having A Plurality Of Spring Compensated Joints」と題された、米国仮出願第No.62,752,802号の継続出願であり、その優先権を主張する。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
装置であって、
下側リンクに平行に配列される上側リンクと、第2の側面リンクに平行に配列される第1の側面リンクとを含む4本のバーから成るリンケージ機構であって、前記第1の側面リンクおよび第2の側面リンクは、それらの遠位端において、前記上側リンクおよび下側リンクの間に結合され、平行四辺形構造を形成する、4本のバーから成るリンケージ機構と、
前記平行四辺形構造に結合される少なくとも1つの重力補償ばねであって、前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に取り付けられる、少なくとも1つの重力補償ばねと、
ばね調節機構であって、前記ばね調節機構は、前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合され、前記ばね取付点のうちの少なくとも1つの位置を調節するように構成される、ばね調節機構と、
ばね調節アクチュエータであって、前記ばね調節アクチュエータは、前記ばね調節機構を移動させるように結合され、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を改変し、前記装置によって取り扱われるペイロードが変化するときに前記少なくとも1つの重力補償ばねによって印加される重力補償トルクの量を動的に改変する、ばね調節アクチュエータと
を備える、装置。
(項目2)
前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの重力補償ばねを含み、前記2つの重力補償ばねのそれぞれは、前記平行四辺形構造内に対角線的に結合され、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に取り付けられる、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記ばね調節機構は、スライダを備え、前記スライダは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記第1の側面リンクに略平行である軸に沿って並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、項目1に記載の装置。
(項目4)
前記ばね調節機構は、スライダを備え、前記スライダは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記下側リンクに略平行である軸に沿って並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、項目1に記載の装置。
(項目5)
前記ばね調節機構は、付加的な4本のバーから成るリンケージに結合されるスライダを備え、前記付加的な4本のバーから成るリンケージは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記第1の側面リンクの境界を越えて延在させ、前記スライダが、前記少なくとも1つのばね取付点を、前記第1の側面リンクを通して延在する軸に平行ではない軸に沿って並進させることを可能にする、項目1に記載の装置。
(項目6)
慣性アクチュエータをさらに備え、前記慣性アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構のリンクの間に結合され、前記4本のバーから成るリンケージ機構の回転移動をもたらし、調節可能な量の力を印加し、前記ペイロードを加速させ、操作する、項目1に記載の装置。
(項目7)
前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構の下側リンクと第1の側面リンクとの間に対角線的に結合される、項目6に記載の装置。
(項目8)
前記慣性アクチュエータは、ステータと、ロータとを備える回転アクチュエータであり、前記ステータは、前記第1の側面リンクに結合され、前記ロータは、前記下側リンクに結合される、または、逆もまた同様である、項目6に記載の装置。
(項目9)
前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記上側リンクに結合され、前記慣性アクチュエータの長手方向軸が前記上側リンクと平行であるように配列される、項目6に記載の装置。
(項目10)
前記慣性アクチュエータの一端と前記第1の側面リンクとの間に結合されるスライダクランク機構をさらに備え、前記スライダクランク機構は、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記装置の回転運動に変換するように構成される、項目9に記載の装置。
(項目11)
スライダクランク機構と、前記慣性アクチュエータと前記4本のバーから成るリンケージ機構の1つ以上のリンクとの間に結合される付加的な4本のバーから成るリンケージとをさらに備え、前記スライダクランク機構および前記付加的な4本のバーから成るリンケージは、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記装置の回転運動に変換するように構成される、項目9に記載の装置。
(項目12)
ロボットマニピュレータであって、
複数のばね補償される関節であって、それぞれが、
下側リンクに平行に配列される上側リンクと、第2の側面リンクに平行に配列される第1の側面リンクとを含む4本のバーから成るリンケージ機構であって、前記第1の側面リンクおよび第2の側面リンクは、それらの遠位端において、前記上側リンクおよび下側リンクの間に結合され、平行四辺形構造を形成する、4本のバーから成るリンケージ機構と、
少なくとも1つの重力補償ばねであって、前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に結合され、重力負荷力(F g )に対向する方向における揚力(F b )を提供する、少なくとも1つの重力補償ばねと、
ばね調節機構であって、前記ばね調節機構は、前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合され、前記ばね取付点のうちの少なくとも1つの位置を改変する、ばね調節機構と、
ばね調節アクチュエータであって、前記ばね調節アクチュエータは、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を改変し、前記少なくとも1つの重力補償ばねによって提供される前記揚力(F b )の量を調節するように、前記ばね調節機構を移動させるように結合される、ばね調節アクチュエータと
を含む、複数のばね補償される関節
を備える、ロボットマニピュレータ。
(項目13)
前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの重力補償ばねを備え、前記2つの重力補償ばねのそれぞれは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に対角線的に結合される、項目12に記載のロボットマニピュレータ。
(項目14)
前記ばね調節機構は、
前記第1の側面リンクに隣接し、それに平行に位置付けられる主ねじと、
前記主ねじおよび前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合されるスライダと
を備える、項目12に記載のロボットマニピュレータ。
(項目15)
前記ばね調節アクチュエータは、前記主ねじに結合され、前記第1の側面リンクに略平行である軸に沿って前記主ねじを上下に並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、項目14に記載のロボットマニピュレータ。
(項目16)
前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードの前記力および/またはトルクを測定するように結合されるセンサと、
前記センサおよび前記ばね調節アクチュエータに結合されるフィードバックコントローラであって、前記フィードバックコントローラは、前記センサの出力を使用し、前記少なくとも1つのばね取付点を改変し、リアルタイムで前記揚力を動的に調節し、動的に変動するペイロード上の重力負荷力を補償するように構成される、フィードバックコントローラと
をさらに備える、項目12に記載のロボットマニピュレータ。
(項目17)
各ばね補償される関節はさらに、慣性アクチュエータを備え、前記慣性アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構のリンクの間に結合され、前記4本のバーから成るリンケージ機構の回転移動をもたらし、調節可能な量の力を印加し、前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードを加速させ、操作する、項目12に記載のロボットマニピュレータ。
(項目18)
前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記上側リンクに結合され、前記慣性アクチュエータの長手方向軸が前記上側リンクと平行であるように配列される、項目16に記載のロボットマニピュレータ。
(項目19)
各ばね補償される関節はさらに、前記慣性アクチュエータと前記4本のバーから成るリンケージ機構の1つ以上のリンクとの間に結合されるスライダクランク機構と、Hoekenのリンケージとを備え、前記スライダクランク機構および前記Hoekenのリンケージは、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記ばね補償される関節の回転運動に変換するように構成される、項目18に記載のロボットマニピュレータ。
(項目20)
前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードの前記力および/またはトルクを測定するように結合されるセンサと、
前記センサおよび前記慣性アクチュエータに結合されるフィードバックコントローラであって、前記フィードバックコントローラは、前記センサの出力を使用し、前記慣性アクチュエータによって印加される力を動的に調節し、動的に変動するペイロードを操作し、加速させるように構成される、フィードバックコントローラと
をさらに備える、項目18に記載のロボットマニピュレータ。
(項目21)
前記複数のばね補償される関節は、第1のばね補償される関節と、第2のばね補償される関節とを含む、項目12に記載のロボットマニピュレータ。
(項目22)
第1のヨーアクチュエータと、第2のヨーアクチュエータと、第3のヨーアクチュエータとをさらに備え、
前記第1のヨーアクチュエータは、機械的接地に結合され、
前記第1のばね補償される関節は、前記第1のヨーアクチュエータと前記第2のヨーアクチュエータとの間に結合され、
前記第2のばね補償される関節は、前記第2のヨーアクチュエータと前記第3のヨーアクチュエータとの間に結合される、
項目21に記載のロボットマニピュレータ。
(項目23)
前記第3のヨーアクチュエータに結合されるピッチアクチュエータと、前記ピッチアクチュエータに結合されるロールアクチュエータと、前記ロールアクチュエータに結合されるエンドエフェクタとをさらに備える、項目22に記載のロボットマニピュレータ。
(項目24)
第1のヨーアクチュエータと、第2のヨーアクチュエータと、アクチュエータおよびエンドエフェクタの連続チェーンとをさらに備え、
前記第1のヨーアクチュエータは、機械的接地に結合され、
前記第1のばね補償される関節は、前記第1のヨーアクチュエータと前記第2のヨーアクチュエータとの間に結合され、
前記第2のばね補償される関節は、前記エンドエフェクタにさらに結合される、前記第2のヨーアクチュエータとアクチュエータの前記連続チェーンとの間に結合される、
項目21に記載のロボットマニピュレータ。
(項目25)
前記アクチュエータの連続チェーンは、
前記第2のばね補償される関節の一端に結合される第1のアクチュエータであって、前記第1のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを傾斜軸を中心として回転させるように構成される、第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータに結合される第2のアクチュエータであって、前記第2のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを上下に回転させるように構成される、第2のアクチュエータと、
前記第2のアクチュエータに結合される第3のアクチュエータであって、前記第3のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを左右に回転させるように構成される、第3のアクチュエータと
を備える、項目24に記載のロボットマニピュレータ。
Claims (25)
- 装置であって、
下側リンクに平行に配列される上側リンクと、第2の側面リンクに平行に配列される第1の側面リンクとを含む4本のバーから成るリンケージ機構であって、前記第1の側面リンクおよび第2の側面リンクは、それらの遠位端において、前記上側リンクおよび下側リンクの間に結合され、平行四辺形構造を形成する、4本のバーから成るリンケージ機構と、
前記平行四辺形構造に結合される少なくとも1つの重力補償ばねであって、前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に取り付けられる、少なくとも1つの重力補償ばねと、
ばね調節機構であって、前記ばね調節機構は、前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合され、前記ばね取付点のうちの少なくとも1つの位置を調節するように構成される、ばね調節機構と、
ばね調節アクチュエータであって、前記ばね調節アクチュエータは、前記ばね調節機構を移動させるように結合され、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を改変し、前記装置によって取り扱われるペイロードが変化するときに前記少なくとも1つの重力補償ばねによって印加される重力補償トルクの量を動的に改変する、ばね調節アクチュエータと
を備える、装置。 - 前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの重力補償ばねを含み、前記2つの重力補償ばねのそれぞれは、前記平行四辺形構造内に対角線的に結合され、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に取り付けられる、請求項1に記載の装置。
- 前記ばね調節機構は、スライダを備え、前記スライダは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記第1の側面リンクに略平行である軸に沿って並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記ばね調節機構は、スライダを備え、前記スライダは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記下側リンクに略平行である軸に沿って並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記ばね調節機構は、付加的な4本のバーから成るリンケージに結合されるスライダを備え、前記付加的な4本のバーから成るリンケージは、前記少なくとも1つのばね取付点を前記第1の側面リンクの境界を越えて延在させ、前記スライダが、前記少なくとも1つのばね取付点を、前記第1の側面リンクを通して延在する軸に平行ではない軸に沿って並進させることを可能にする、請求項1に記載の装置。
- 慣性アクチュエータをさらに備え、前記慣性アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構のリンクの間に結合され、前記4本のバーから成るリンケージ機構の回転移動をもたらし、調節可能な量の力を印加し、前記ペイロードを加速させ、操作する、請求項1に記載の装置。
- 前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構の下側リンクと第1の側面リンクとの間に対角線的に結合される、請求項6に記載の装置。
- 前記慣性アクチュエータは、ステータと、ロータとを備える回転アクチュエータであり、前記ステータは、前記第1の側面リンクに結合され、前記ロータは、前記下側リンクに結合される、または、逆もまた同様である、請求項6に記載の装置。
- 前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記上側リンクに結合され、前記慣性アクチュエータの長手方向軸が前記上側リンクと平行であるように配列される、請求項6に記載の装置。
- 前記慣性アクチュエータの一端と前記第1の側面リンクとの間に結合されるスライダクランク機構をさらに備え、前記スライダクランク機構は、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記装置の回転運動に変換するように構成される、請求項9に記載の装置。
- スライダクランク機構と、前記慣性アクチュエータと前記4本のバーから成るリンケージ機構の1つ以上のリンクとの間に結合される付加的な4本のバーから成るリンケージとをさらに備え、前記スライダクランク機構および前記付加的な4本のバーから成るリンケージは、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記装置の回転運動に変換するように構成される、請求項9に記載の装置。
- ロボットマニピュレータであって、
複数のばね補償される関節であって、それぞれが、
下側リンクに平行に配列される上側リンクと、第2の側面リンクに平行に配列される第1の側面リンクとを含む4本のバーから成るリンケージ機構であって、前記第1の側面リンクおよび第2の側面リンクは、それらの遠位端において、前記上側リンクおよび下側リンクの間に結合され、平行四辺形構造を形成する、4本のバーから成るリンケージ機構と、
少なくとも1つの重力補償ばねであって、前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に結合され、重力負荷力(Fg)に対向する方向における揚力(Fb)を提供する、少なくとも1つの重力補償ばねと、
ばね調節機構であって、前記ばね調節機構は、前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合され、前記ばね取付点のうちの少なくとも1つの位置を改変する、ばね調節機構と、
ばね調節アクチュエータであって、前記ばね調節アクチュエータは、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を改変し、前記少なくとも1つの重力補償ばねによって提供される前記揚力(Fb)の量を調節するように、前記ばね調節機構を移動させるように結合される、ばね調節アクチュエータと
を含む、複数のばね補償される関節
を備える、ロボットマニピュレータ。 - 前記少なくとも1つの重力補償ばねは、2つの重力補償ばねを備え、前記2つの重力補償ばねのそれぞれは、2つの異なるばね取付点において、前記4本のバーから成るリンケージ機構の2つのリンクの間に対角線的に結合される、請求項12に記載のロボットマニピュレータ。
- 前記ばね調節機構は、
前記第1の側面リンクに隣接し、それに平行に位置付けられる主ねじと、
前記主ねじおよび前記少なくとも1つの重力補償ばねの一端に結合されるスライダと
を備える、請求項12に記載のロボットマニピュレータ。 - 前記ばね調節アクチュエータは、前記主ねじに結合され、前記第1の側面リンクに略平行である軸に沿って前記主ねじを上下に並進させることによって、前記少なくとも1つのばね取付点の位置を調節するように構成される、請求項14に記載のロボットマニピュレータ。
- 前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードの前記揚力および/またはトルクを測定するように結合されるセンサと、
前記センサおよび前記ばね調節アクチュエータに結合されるフィードバックコントローラであって、前記フィードバックコントローラは、前記センサの出力を使用し、前記少なくとも1つのばね取付点を改変し、リアルタイムで前記揚力を動的に調節し、動的に変動するペイロード上の重力負荷力を補償するように構成される、フィードバックコントローラと
をさらに備える、請求項12に記載のロボットマニピュレータ。 - 各ばね補償される関節はさらに、慣性アクチュエータを備え、前記慣性アクチュエータは、前記4本のバーから成るリンケージ機構のリンクの間に結合され、前記4本のバーから成るリンケージ機構の回転移動をもたらし、調節可能な量の力を印加し、前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードを加速させ、操作する、請求項12に記載のロボットマニピュレータ。
- 前記慣性アクチュエータは、角柱線形アクチュエータであり、前記角柱線形アクチュエータは、前記上側リンクに結合され、前記慣性アクチュエータの長手方向軸が前記上側リンクと平行であるように配列される、請求項17に記載のロボットマニピュレータ。
- 各ばね補償される関節はさらに、前記慣性アクチュエータと前記4本のバーから成るリンケージ機構の1つ以上のリンクとの間に結合されるスライダクランク機構と、Hoekenのリンケージとを備え、前記スライダクランク機構および前記Hoekenのリンケージは、前記慣性アクチュエータの線形運動を前記ばね補償される関節の回転運動に変換するように構成される、請求項18に記載のロボットマニピュレータ。
- 前記ロボットマニピュレータによって取り扱われるペイロードの前記力および/またはトルクを測定するように結合されるセンサと、
前記センサおよび前記慣性アクチュエータに結合されるフィードバックコントローラであって、前記フィードバックコントローラは、前記センサの出力を使用し、前記慣性アクチュエータによって印加される力を動的に調節し、動的に変動するペイロードを操作し、加速させるように構成される、フィードバックコントローラと
をさらに備える、請求項18に記載のロボットマニピュレータ。 - 前記複数のばね補償される関節は、第1のばね補償される関節と、第2のばね補償される関節とを含む、請求項12に記載のロボットマニピュレータ。
- 第1のヨーアクチュエータと、第2のヨーアクチュエータと、第3のヨーアクチュエータとをさらに備え、
前記第1のヨーアクチュエータは、機械的接地に結合され、
前記第1のばね補償される関節は、前記第1のヨーアクチュエータと前記第2のヨーアクチュエータとの間に結合され、
前記第2のばね補償される関節は、前記第2のヨーアクチュエータと前記第3のヨーアクチュエータとの間に結合される、
請求項21に記載のロボットマニピュレータ。 - 前記第3のヨーアクチュエータに結合されるピッチアクチュエータと、前記ピッチアクチュエータに結合されるロールアクチュエータと、前記ロールアクチュエータに結合されるエンドエフェクタとをさらに備える、請求項22に記載のロボットマニピュレータ。
- 第1のヨーアクチュエータと、第2のヨーアクチュエータと、アクチュエータおよびエンドエフェクタの連続チェーンとをさらに備え、
前記第1のヨーアクチュエータは、機械的接地に結合され、
前記第1のばね補償される関節は、前記第1のヨーアクチュエータと前記第2のヨーアクチュエータとの間に結合され、
前記第2のばね補償される関節は、前記エンドエフェクタにさらに結合される、前記第2のヨーアクチュエータとアクチュエータの前記連続チェーンとの間に結合される、
請求項21に記載のロボットマニピュレータ。 - 前記アクチュエータの連続チェーンは、
前記第2のばね補償される関節の一端に結合される第1のアクチュエータであって、前記第1のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを傾斜軸を中心として回転させるように構成される、第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータに結合される第2のアクチュエータであって、前記第2のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを上下に回転させるように構成される、第2のアクチュエータと、
前記第2のアクチュエータに結合される第3のアクチュエータであって、前記第3のアクチュエータは、前記エンドエフェクタを左右に回転させるように構成される、第3のアクチュエータと
を備える、請求項24に記載のロボットマニピュレータ。
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