JPH0411024Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0411024Y2 JPH0411024Y2 JP1985078869U JP7886985U JPH0411024Y2 JP H0411024 Y2 JPH0411024 Y2 JP H0411024Y2 JP 1985078869 U JP1985078869 U JP 1985078869U JP 7886985 U JP7886985 U JP 7886985U JP H0411024 Y2 JPH0411024 Y2 JP H0411024Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- swivel base
- drive shaft
- swing
- robot
- Prior art date
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- Expired
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Description
【考案の詳細な説明】
「考案の利用分野」
本考案はいわゆる多関節ロボツト機構の改良に
係り、特に油圧シリンダ、ボールネジ等のリニア
アクチユエータにより駆動される多関節ロボツト
における位置精度の向上を図つたものに関する。
係り、特に油圧シリンダ、ボールネジ等のリニア
アクチユエータにより駆動される多関節ロボツト
における位置精度の向上を図つたものに関する。
「従来技術及びその問題点」
第２図及び第３図は従来の垂直多関節ロボツト
の骨格図である。図中m1は旋回台で垂直軸芯の
まわりに旋回する。m2は上記旋回台m1上に取り
付けられ、上記旋回台m1の旋回軸芯を含む揺動
面内で揺動可能の第１アームである。この第１ア
ームm2の先端には上記揺動面内において揺動可
能の第２アームm3が取り付けられている。いず
れのロボツトでも旋回台m1と第１アームn2との
間に油圧シリンダ等のリニアアクチユエータLA1
を含む第１の伸縮駆動軸R1が連結されている。
の骨格図である。図中m1は旋回台で垂直軸芯の
まわりに旋回する。m2は上記旋回台m1上に取り
付けられ、上記旋回台m1の旋回軸芯を含む揺動
面内で揺動可能の第１アームである。この第１ア
ームm2の先端には上記揺動面内において揺動可
能の第２アームm3が取り付けられている。いず
れのロボツトでも旋回台m1と第１アームn2との
間に油圧シリンダ等のリニアアクチユエータLA1
を含む第１の伸縮駆動軸R1が連結されている。
また第２図に示すロボツトでは旋回台m1と第
２アームm3との間にリニアアクチユエータLA2
を含む第２の伸縮駆動軸R2が連結され、第３図
に示すロボツトでは第２の伸縮駆動軸R2′が第２
アームm3の中間部と第１アームm2の中間部との
間に連結されている。
２アームm3との間にリニアアクチユエータLA2
を含む第２の伸縮駆動軸R2が連結され、第３図
に示すロボツトでは第２の伸縮駆動軸R2′が第２
アームm3の中間部と第１アームm2の中間部との
間に連結されている。
ところが第２図に示すロボツトでは、座標変換
に多くのパラメータを要するため、先端位置精度
の悪化を招く欠点があり、また、第３図のロボツ
トでは座標変換による位置精度の悪化を避けるこ
とができるが、第２図に示したロボツトに比べて
動力学的干渉が大きく制御性の点で不利である。
に多くのパラメータを要するため、先端位置精度
の悪化を招く欠点があり、また、第３図のロボツ
トでは座標変換による位置精度の悪化を避けるこ
とができるが、第２図に示したロボツトに比べて
動力学的干渉が大きく制御性の点で不利である。
これらの問題点を第４図、第５図に示した原理
図により詳しく説明する。
図により詳しく説明する。
（座標変換）
第４図に示すように第１アームm2を旋回台m1
に連結した第２の伸縮駆動軸R2により駆動する
機構では、第２アーム先端点Ｐ（ｘ，ｙ）の位置
検出を関節角で検出する場合、第１の伸縮駆動軸
R1を駆動してθ2を変化させると、第２の伸縮駆
動軸R2の長さL3が変化しないにもかかわらず第
１、第２アームのなす角度θ3の値が変化し、干渉
を引き起こす。
に連結した第２の伸縮駆動軸R2により駆動する
機構では、第２アーム先端点Ｐ（ｘ，ｙ）の位置
検出を関節角で検出する場合、第１の伸縮駆動軸
R1を駆動してθ2を変化させると、第２の伸縮駆
動軸R2の長さL3が変化しないにもかかわらず第
１、第２アームのなす角度θ3の値が変化し、干渉
を引き起こす。
そこで、第２の伸縮駆動軸R2の長さL3を検出
する方法を採らざるを得ない。
する方法を採らざるを得ない。
第４図に示す機構の先端位置Ｐ（ｘ，ｙ）は、
座標変換により変数L2，L3（リニアアチユエータ
長さ）及び、Ａ2，21，22，Ａ3，31，
32の６個の固定パラメータより求まる。
座標変換により変数L2，L3（リニアアチユエータ
長さ）及び、Ａ2，21，22，Ａ3，31，
32の６個の固定パラメータより求まる。
Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｆ（L2，L3：Ａ2，21，22，
Ａ3，31，32＝const） ところがＡ2〜32の６個のコンスタントパ
ラメータは、機構的に決められる定数で部品寸法
精度、組立精度によつてバラツキが生じ易く、座
標変換過程で位置決め誤差の原因となる。
Ａ3，31，32＝const） ところがＡ2〜32の６個のコンスタントパ
ラメータは、機構的に決められる定数で部品寸法
精度、組立精度によつてバラツキが生じ易く、座
標変換過程で位置決め誤差の原因となる。
一方、第３図に示すロボツトでは、第２図の機
構の様な角度θ2とθ3の干渉はなく関節角検出も可
能で、座標変換も変数θ2，θ3とＡ2，Ａ3の２
個のコンスタントパラメータによつて行なうこと
ができる。
構の様な角度θ2とθ3の干渉はなく関節角検出も可
能で、座標変換も変数θ2，θ3とＡ2，Ａ3の２
個のコンスタントパラメータによつて行なうこと
ができる。
Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｆ（θ2，θ3：Ａ2，Ａ3＝const
） したがつてこの機構では座標変換式も簡単にな
るばかりでなく部品精度、組立精度による位置誤
差も極めて少なくなる。
） したがつてこの機構では座標変換式も簡単にな
るばかりでなく部品精度、組立精度による位置誤
差も極めて少なくなる。
（動力学的干渉）
次に上記多関節ロボツトの動力学的干渉につい
て、第６図の様にモデル化して考案する。ここで
は式を簡略化するために第１アームm2の質量中
心を第２アームm3の関節上に置いたもので考え
る。
て、第６図の様にモデル化して考案する。ここで
は式を簡略化するために第１アームm2の質量中
心を第２アームm3の関節上に置いたもので考え
る。
第６図の機構についてラグランゲの運動方程式
を作成する。第２アームm3の速度V3は、 V2 3＝2 2θ〓2 2＋2 3θ〓2 3＋２2 3sin（θ3−
θ2）・θ〓2θ〓3 で与えられるから機構のもつ運動エネルギーＴ
は、 Ｔ＝１／２m2 2 2θ〓2 2＋１／２m3V2 3 ＝１／２（m2 2 2＋m3 2 2）θ〓2 2 ＋１／２m3 2 3θ〓2 3 ＋m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ〓2θ〓3 となる。
を作成する。第２アームm3の速度V3は、 V2 3＝2 2θ〓2 2＋2 3θ〓2 3＋２2 3sin（θ3−
θ2）・θ〓2θ〓3 で与えられるから機構のもつ運動エネルギーＴ
は、 Ｔ＝１／２m2 2 2θ〓2 2＋１／２m3V2 3 ＝１／２（m2 2 2＋m3 2 2）θ〓2 2 ＋１／２m3 2 3θ〓2 3 ＋m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ〓2θ〓3 となる。
したがつて、
ｄ／dt（aT／aθ2）−aT／aθ2
＝（m2 2 2＋m3 2 2）θ¨2
＋m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ¨3
＋m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓3
ｄ／dt（aT／aθ3）−aT／aθ3
＝m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ¨2
＋m3 3θ¨3
−m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2
ここで第１アームm2及び第２アームm3に加え
られるトルクをτ(2)，τ(3)とすると 第２図示の機構では、運動方程式は τ(2)＝ｄ／dt（aT／aθ2）−aT／aθ2 τ(3)＝ｄ／dt（aT／aθ3）−aT／aθ3 第３図示の第１アームm2と第２アームm3との
間に設けたアクチユエータにより第２アームm3
を駆動する機構では第２アームm3から第１アー
ムm2に駆動の反作用が作用するので、 τ2−τ3＝ｄ／dt（aT／aθ2）−aT／aθ2 τ3＝ｄ／dt（aT／aθ3）−aT／aθ3 となる。
られるトルクをτ(2)，τ(3)とすると 第２図示の機構では、運動方程式は τ(2)＝ｄ／dt（aT／aθ2）−aT／aθ2 τ(3)＝ｄ／dt（aT／aθ3）−aT／aθ3 第３図示の第１アームm2と第２アームm3との
間に設けたアクチユエータにより第２アームm3
を駆動する機構では第２アームm3から第１アー
ムm2に駆動の反作用が作用するので、 τ2−τ3＝ｄ／dt（aT／aθ2）−aT／aθ2 τ3＝ｄ／dt（aT／aθ3）−aT／aθ3 となる。
上式を整理すると旋回台m1から第２アームm3
を駆動する第２図示の機構では m2 2 2＋m3 2 2，m3 2 3sin（θ3−θ2）θ2 m3 2 3sin（θ3−θ2）1m3 2 3θ¨2 θ¨3＋m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 3 −m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 2＝τ(2) τ(3) 第１アームm2から第２アームm3を駆動する第
３図示の機構では m2 2 2＋m3 2 2＋m3 2 3sin（θ3−θ2），m3 2
3sin（θ3−θ2）＋m3 2 3 m3 2 3sin（θ3−θ2），m3 2 3θ¨2 θ¨3 ＋m3 2 3cos（θ3−θ2）・（θ〓2 3−θ〓2 2） −m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 2＝τ(2) τ(3) となる。いま、第２アームm3から第１アームm2
への動力学的干渉を比べるために第１アームm2
を固定し、第２アームm3のみを運動させるとき
の必要駆動トルクを求めてみると （θ¨2＝０ θ〓2＝０） 第２図示の機構では τ1(2)＝m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ¨3＋m3 2 3co
s（θ3
−θ2）・θ¨3 τ1(3)＝m3 2 3θ¨3 第３図示の機構では τ2(2)＝（m3 2 3sin（θ3−θ2）＋m3 2 3）θ¨3＋
m3
２ 3cos（θ3θ2）・θ¨3 τ2(3)＝m3 2 3θ¨3 従つてτ2(2)＞τ1(2)となり第２図示の様な第２ア
ームm3を旋回台m1から駆動する機構の方が、第
３図示のロボツトの様に第２アームm3を第１ア
ームm2から駆動する機構に比べ、動力学干渉が
少なく制御が容易と言える。
を駆動する第２図示の機構では m2 2 2＋m3 2 2，m3 2 3sin（θ3−θ2）θ2 m3 2 3sin（θ3−θ2）1m3 2 3θ¨2 θ¨3＋m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 3 −m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 2＝τ(2) τ(3) 第１アームm2から第２アームm3を駆動する第
３図示の機構では m2 2 2＋m3 2 2＋m3 2 3sin（θ3−θ2），m3 2
3sin（θ3−θ2）＋m3 2 3 m3 2 3sin（θ3−θ2），m3 2 3θ¨2 θ¨3 ＋m3 2 3cos（θ3−θ2）・（θ〓2 3−θ〓2 2） −m3 2 3cos（θ3−θ2）・θ〓2 2＝τ(2) τ(3) となる。いま、第２アームm3から第１アームm2
への動力学的干渉を比べるために第１アームm2
を固定し、第２アームm3のみを運動させるとき
の必要駆動トルクを求めてみると （θ¨2＝０ θ〓2＝０） 第２図示の機構では τ1(2)＝m3 2 3sin（θ3−θ2）・θ¨3＋m3 2 3co
s（θ3
−θ2）・θ¨3 τ1(3)＝m3 2 3θ¨3 第３図示の機構では τ2(2)＝（m3 2 3sin（θ3−θ2）＋m3 2 3）θ¨3＋
m3
２ 3cos（θ3θ2）・θ¨3 τ2(3)＝m3 2 3θ¨3 従つてτ2(2)＞τ1(2)となり第２図示の様な第２ア
ームm3を旋回台m1から駆動する機構の方が、第
３図示のロボツトの様に第２アームm3を第１ア
ームm2から駆動する機構に比べ、動力学干渉が
少なく制御が容易と言える。
「考案の目的」
以上述べたように第２図、第３図に示したロボ
ツトではそれぞれ長所、短所を有するもので、両
者の欠点を取り去り、その長所のみを併せ持つロ
ボツトの提供が本考案の目的である。
ツトではそれぞれ長所、短所を有するもので、両
者の欠点を取り去り、その長所のみを併せ持つロ
ボツトの提供が本考案の目的である。
「考案の構成」
上記目的を達成するために本考案が採用する主
たる手段は、旋回台と、この旋回台の旋回中心軸
を含む揺動平面内で揺動可能の第１アームと、こ
の第１アームの端部に取り付けられ上記揺動平面
内で揺動可能の第２アームと、上記第１アームと
旋回台の間に連結された第１の伸縮駆動軸と、上
記第２アームと第１アームとの間に連結された第
２の伸縮駆動軸とを有し、旋回台の回動と第１、
第２の伸縮駆動軸の伸縮運動とにより、第２アー
ム先端を任意の位置へ位置決めする多関節ロボツ
トにおいて、上記第２の伸縮駆動軸の一端を第２
アームの揺動中心から第２アーム先端にかけての
該第２アーム上の中間部に、他端を第１アームの
揺動中心軸上にそれぞれ揺動可能に連結した点を
要旨とする多関節ロボツトである。
たる手段は、旋回台と、この旋回台の旋回中心軸
を含む揺動平面内で揺動可能の第１アームと、こ
の第１アームの端部に取り付けられ上記揺動平面
内で揺動可能の第２アームと、上記第１アームと
旋回台の間に連結された第１の伸縮駆動軸と、上
記第２アームと第１アームとの間に連結された第
２の伸縮駆動軸とを有し、旋回台の回動と第１、
第２の伸縮駆動軸の伸縮運動とにより、第２アー
ム先端を任意の位置へ位置決めする多関節ロボツ
トにおいて、上記第２の伸縮駆動軸の一端を第２
アームの揺動中心から第２アーム先端にかけての
該第２アーム上の中間部に、他端を第１アームの
揺動中心軸上にそれぞれ揺動可能に連結した点を
要旨とする多関節ロボツトである。
「実施例」
続いて第１図に示した実施例につき説明し、本
考案の理解に供する。但し第３図に示した要素と
共通の要素には同一の符号を使用する。
考案の理解に供する。但し第３図に示した要素と
共通の要素には同一の符号を使用する。
尚、以下の実施例は本考案の具体的一例にすぎ
ず、本考案の技術的範囲を限定する性格のもので
はない。
ず、本考案の技術的範囲を限定する性格のもので
はない。
第１図に示した実施例ではリニアアクチユエー
タLA2′を有する第２の伸縮駆動軸R2′の一端が第
２アームm3の揺動中心から第２アーム先端にか
けての該第２アームm3上の中間部に連結され、
他端は第１アームm2の揺動中心軸R3上に揺動可
能に取り付けられている。従つてリニアアクチユ
エータLA1を駆動すると、旋回台m1に対する第
１アームm2の角度θ2のみが変化し、またリニア
アクチユエータLA2′を駆動すると、θ3のみが変
化するので、θ3とθ2との干渉がまつたく生じず、
第２図示のロボツトと同様動力学的に極めて制御
しやすい機構であると言える。
タLA2′を有する第２の伸縮駆動軸R2′の一端が第
２アームm3の揺動中心から第２アーム先端にか
けての該第２アームm3上の中間部に連結され、
他端は第１アームm2の揺動中心軸R3上に揺動可
能に取り付けられている。従つてリニアアクチユ
エータLA1を駆動すると、旋回台m1に対する第
１アームm2の角度θ2のみが変化し、またリニア
アクチユエータLA2′を駆動すると、θ3のみが変
化するので、θ3とθ2との干渉がまつたく生じず、
第２図示のロボツトと同様動力学的に極めて制御
しやすい機構であると言える。
またこの機構によると、座標変換は前述の第３
図の機構と同様、関節角検出によつて行なうこと
ができ、θ2及びθ3の変数とＡ2，Ａ3の２個の
コンスタントパラメータとによつて先端位置の計
算ができる。
図の機構と同様、関節角検出によつて行なうこと
ができ、θ2及びθ3の変数とＡ2，Ａ3の２個の
コンスタントパラメータとによつて先端位置の計
算ができる。
Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｆ（θ2，θ3：Ａ2，Ａ3）
したがつて、座標変換式も極めて簡単で部品精
度、組立精度による、位置計算誤差も少ない。
度、組立精度による、位置計算誤差も少ない。
「考案の効果」
以上述べたように本考案によると、旋回台と、
この旋回台の旋回中心軸を含む揺動平面内で揺動
可能の第１アームと、この第１アームの端部に取
り付けられ上記揺動平面内で揺動可能の第２アー
ムと、上記第１アームと旋回台の間に連結された
第１の伸縮駆動軸と、上記第２アームと第１アー
ムとの間に連結された第２の伸縮駆動軸とを有
し、旋回台の回動と第１、第２の伸縮駆動軸の伸
縮運動とにより、第２アーム先端を任意の位置へ
位置決めする多関節ロボツトにおいて、上記第２
の伸縮駆動軸の一端を第２アームの揺動中心から
第２アーム先端にかけての該第２アーム上の中間
部に、他端を第１アームの揺動中心軸上にそれぞ
れ揺動可能に連結したことを特徴とする多関節ロ
ボツトであるから、第２図に示した機構の動力学
的有利さと、第３図に示した機構の座標変換上の
有利さとを兼ね備えた実用性の高い機構を提案す
るものである。
この旋回台の旋回中心軸を含む揺動平面内で揺動
可能の第１アームと、この第１アームの端部に取
り付けられ上記揺動平面内で揺動可能の第２アー
ムと、上記第１アームと旋回台の間に連結された
第１の伸縮駆動軸と、上記第２アームと第１アー
ムとの間に連結された第２の伸縮駆動軸とを有
し、旋回台の回動と第１、第２の伸縮駆動軸の伸
縮運動とにより、第２アーム先端を任意の位置へ
位置決めする多関節ロボツトにおいて、上記第２
の伸縮駆動軸の一端を第２アームの揺動中心から
第２アーム先端にかけての該第２アーム上の中間
部に、他端を第１アームの揺動中心軸上にそれぞ
れ揺動可能に連結したことを特徴とする多関節ロ
ボツトであるから、第２図に示した機構の動力学
的有利さと、第３図に示した機構の座標変換上の
有利さとを兼ね備えた実用性の高い機構を提案す
るものである。
第１図は本考案の一実施例に係るロボツトの骨
組図、第２図乃至第６図はそれぞれ従来の多関節
型ロボツトの骨格を示す骨組図である。 符号の説明、m1……旋回台、m2……第１アー
ム、m3……第２アーム、LA1，LA2′……リニア
アクチユエータ、R1，R2′……伸縮駆動軸、R3…
…揺動中心軸。
組図、第２図乃至第６図はそれぞれ従来の多関節
型ロボツトの骨格を示す骨組図である。 符号の説明、m1……旋回台、m2……第１アー
ム、m3……第２アーム、LA1，LA2′……リニア
アクチユエータ、R1，R2′……伸縮駆動軸、R3…
…揺動中心軸。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 旋回台と、この旋回台の旋回中心軸を含む揺動
平面内で揺動可能の第１アームと、この第１アー
ムの端部に取り付けられ上記揺動平面内で揺動可
能の第２アームと、上記第１アームと旋回台の間
に連結された第１の伸縮駆動軸と、上記第２アー
ムと第１アームとの間に連結された第２の伸縮駆
動軸とを有し、旋回台の回動と第１、第２の伸縮
駆動軸の伸縮運動とにより、第２アーム先端を任
意の位置へ位置決めする多関節ロボツトにおい
て、 上記第２の伸縮駆動軸の一端を第２アームの揺
動中心から第２アーム先端にかけての該第２アー
ム上の中間部に、他端を第１アームの揺動中心軸
上にそれぞれ揺動可能に連結したことを特徴とす
る多関節ロボツト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985078869U JPH0411024Y2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985078869U JPH0411024Y2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61195985U JPS61195985U (ja) | 1986-12-06 |
| JPH0411024Y2 true JPH0411024Y2 (ja) | 1992-03-18 |
Family
ID=30623249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985078869U Expired JPH0411024Y2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0411024Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5455957A (en) * | 1977-10-07 | 1979-05-04 | Hitachi Ltd | Articulated machine hand |
-
1985
- 1985-05-27 JP JP1985078869U patent/JPH0411024Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5455957A (en) * | 1977-10-07 | 1979-05-04 | Hitachi Ltd | Articulated machine hand |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61195985U (ja) | 1986-12-06 |
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