JPH04122592A - エンドエフェクタ駆動機構を有するマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はマニピュレータに係り、とくにエンドエフェク
タを小型軽量化して作業性を向上する宇宙空間用のマニ
ピュレータに関する。

［従来技術］ 従来の宇宙空間用マニピュレータは複数の関節部と先端
部に取付けるエンドエフェクタのそれぞれに、モータ、
角速度センサ、減速機、ブレーキ、クラッチ等により構
成される動力装置を内蔵するようにして、各関節部によ
る各アームの移動、固定、およびエンドエフェクタによ
る作業対象の着脱、回転その他の作業を行うようにして
いた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、エンドエフェクタにその動力装置を
内蔵するようにしていたので、エンドエフェクタが大型
化し、さらに上記動力装置に電力を供給し、各種の信号
を授受するためのコネクタも大型化し、エンドエフェク
タの着脱交換時の作業性が悪いという問題があった。

本発明の目的は、上記エンドエフェクタからその動力装
置を除去し、上記コネクタを小型化することのできるエ
ンドエフェクタの駆動機構を有するマニピュレータを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、上記エンドエフェ
クタ内の動力源を上記可動アーム先端部の関節部内に収
容し着脱装置を介して動力をエンドエフェクタに供給す
るようにする。

また、上記エンドエフェクタ内にブレーキ装置を設け、
対象物を固定できるようにする。

さらに、上記可動アームの先端部の関節部内に２系統の
少なくともモータとクラッチ装置を備えるようにし、一
方の系統が故障した場合には他方の系統に切替え、また
、通常動作時には、一方の系統により関節部を駆動し他
方の動力源によりエンドエフェクタを駆動するようにす
る９さらに、上記エンドエフェクタ内にヒータ装置を設
け、上記上記関節部より電力を供給してエンドエフェク
タを加熱できるようにする。

さらに、上記エンドエフェクタ内に触覚、視覚センサ等
を設け、上記関節部よりこれらの制御信号を送信し、各
センサの検呂信号を取り出すようにする。

［作用コ 以上のように構成した本発明のエンドエフェクタは必要
な動力の供給を関節部より受け、また、上記エンドエフ
ェクタ内のブレーキ装置により対象物を固定する６ さらに、上記関節部内の動力源を２系統設け、一方の系
統により関節部を駆動し、他方の動力源によりエンドエ
フェクタを駆動して電力効率と高める。

また、上記関節部内の動力源を２系統設けることにより
、一方の系統が故障した場合には他方の系統に切替え装
置の信頼性を高める。

さらに、上記エンドエフェクタ内にヒータ装置を設け、
上記上記関節部より電力を供給してエンドエフェクタを
加熱する。

さらに、上記エンドエフェクタ内に触貢、視覚センサ等
を設け、これらにより対象物の制御状態を検出する。

［実施例］ 第１図は本発明によるマニピュレータの外観図である。

複数のアームが関節に１〜に６により接続され、各関節
はモータ、角速度センサ、減速機、ブレーキ、クラッチ
等よりなる動カ装置を内蔵し各アームを移動したり、固
定したりする。また、関節に６には着脱装Ｗ８を介して
エンドエフェクタ７１が取付けられている。

エンドエフェクタを７１から７２に交換する場合には、
着脱装置８はエンドエフェクタ７１の固定を解除して取
外し、着脱装置８をエンドエフェクタ７２の位置に移動
してこれを装着するようにする。

エンドエフェクタの駆動機構や動力装置等は関節に６内
に収容されているので、エンドエフェクタ７１．７２等
は従来のエンドエフェクタに較べて小型化され、また、
これらを着脱装置８に電気的に接続するためのコネクタ
も小型化される。

第２図は上記第１図における各制御要素を系統的に示す
ブロック図である。

各関節に１〜に５はそれぞれ制御装置１００よりの指令
に基づいて廃動装［Ｄ１〜Ｄ５により駆動さ九る。各関
節に１〜に５は角速度センサＳ１〜Ｓ５．モータＭ１〜
Ｍ５．ブレーキＢ１〜Ｂ５．減速機６１〜Ｇ５等を内蔵
し、それぞれはモータの角速度を角速度センサにより検
出し、その回転を減速機により減速してそれぞれに連結
された各アームの移動を制御し、停止中は各ブレーキに
よって固定する。

関節に６にはマニピュレータ先端の移動、位置決めを行
う場合とエンドエフェクタ７１の作動させる場合とでモ
ータＭ６の回転の伝達を切替る必要上、クラッチＣ６１
とＣ６２がモータＭ６に結合されている。

マニピュレータ先端の移動、位置決めを行う場合は、駆
動装置Ｄ６からの制御信号１９０によりクラッチＣ６２
を遮断してクラッチ６１を接続し、減速機Ｇ６１を介し
て関節に６を所定の角度だけ回転させてブレーキＢ６１
により固定する。

次いでエンドエフェクタ７１を作動させる場合には、駆
動装置Ｄ６からの制御信号１９０によりクラッチＣ６１
を遮断してクラッチ６２を接続し、減速機Ｇ６２の出力
を着脱装置８を介してエンドエフェクタ７１に伝えて所
定の作業を行わせた後、クラッチＣ６２を遮断してブレ
ーキＢ６２により固定する。

エンドエフェクタ７１に作業対象物を保持させてこれを
移動する場合には、ブレーキＢ６２を固定したまま駆動
装置Ｄ６からの制御信号１９０によりクラッチＣ６２を
遮断してクラッチ６１を接続し、減速機Ｇ６１を介して
関ＢＫ６を所定量移動させる。

第３図は上記エンドエフェクタ７１と着脱装Ｎ８間をコ
ネクタ８１により電気的に接続するようにした本発明の
他の実施例のブロック図である。

コネクタ８１を介して輛動装ＷＤ７からの信号がエンド
エフェクタ７１に伝達され、これによりヒータＨを加熱
してエンドエフェクタ７１の温度を制御することができ
る。

また、第３図では省略されているもののエンドエフェク
タ７１内に設けられた各種センサの信号をコネクタ８１
を介して取り呂しコンピュータ装置に伝達することもで
きる。上記エンドエフェクタ７１内センサとしては例え
ば、対象物の保持状態信号としての触覚、映像等の情報
を検出するもの等が用いられる。

また、コネクタ８１を設けることにより、第２図の関節
に６内のブレーキＢ６２と減速機Ｇ６２を第３図のブレ
ーキＢ７と減速機Ｇ７のようにエンドエフェクタ７１内
に移設するようにすることもできる。これらの動作は第
２図の場合と同様である。

第４図、第５図はそれぞれ第２図の関節に６に冗長性（
故障時のバックアップ機能）を付加するようにした場合
のブロック図である。

第２．３図のようにモータＭ６を関節に６とエンドエフ
ェクタ７１の動力源として共用すると使用頻度が高くな
るので、上記冗長性を付加することにより十分な信頼性
を確保することができるのである。

第４図は上記関節に６内の各減速機Ｇ６１．６２が他の
要素に較べて信頼性が著しく高いのでこれを一つにまと
め、角度センサＳ６とモータＭ６をＳ６１、Ｓ６２、Ｍ
Ｂ２、ＭＢ２のＪうにそれぞれ２系Ｍ設けるようにした
場合で洟る。

通常は角度センサＳ６１とモータＭ６１が動作し、その
動力はクラッチＣ６３により減速梗Ｇ６に伝えられ、さ
らにクラッチＣ６１を介して関節に６内のの駆動軸１０
１に伝達され、自た、クラッチＣ６２を介してエンドエ
フェクタ７１の能動軸１０２に伝達される。

角度センサＳ６１またはモータＭ６１が放間した場合は
、制御信号１９０によりクラッチＣ６３を遮断してＣ６
４を接続し、同時に角度巾ンサとモータをＳ６１および
ＭＢ２からＳ６２およびＭＢ２に切替えるようにする。

第５図は上記冗長性を付加した本発明の間貸の他の実施
例を示す図である。

第５図で第２図の関節に６内の角度センサＳ６とモータ
Ｍ６をＳ６１、Ｓ６２、ＭＢ２、ＭＢ２のようにそれぞ
れ２系統設けるようにし、通常は角度センサＳ６１、モ
ータＭ６１および減速機Ｇ６１が動作し、その動力がク
ラッチＣ６５によりクラッチＣ６１およびＣ６２を介し
て関ｎＫ６内の駆動軸１０１とエンドエフェクタ７１の
駆動軸１０２に伝達するようにする。

角度センサＳ６１．モータＭ６１、減速機６６１等が故
障した場合は、制御信号１９０によりクラッチＣ６５を
遮断してＣ６６を接続し、同時に角度センサ、モータ、
減速機等をＳ６１、ＭＢ２およびＣ６１からＳ６２、Ｍ
Ｂ２およびＣ６２に切替えるようにする。

また、上記マニピュレータでは関節に６を駆動するため
の動力はエンドエフェクタ７１を駆動するための動力に
較べて比較的小さいのが普通である。

したがで、例えば第５図におけるモータＭ６１を関節に
６鮭動用の比較的小出力のモータとし、ＭＢ２をエンド
エフェクタ７１駐動用の比較的大畠カモータとして、関
節に６を駆動する場合にはクラッチＣ６５とＣ６１を接
続し、エンドエフェクタ７１を駆動する場合にはクラッ
チＣ６６とＣ６２を接続するようにすると、各モータを
最も効率的に運転することができる。

また、何れか一方のモータが故障した場合には上記した
ようにクラッチにより故障していない方のモータを用い
るようにする。大出力のモータＭ６２が故障した場合に
は小出力のモータＭ６１でエンドエフェクタ７１を駆動
することになるが、修理するまでの間は十分応急的に役
に立つのである、上記の効果は第４図においても同様に
得ることが出来る。

なお、上記第４．５図においては、第２図の関節に６に
冗長性を与える場合につき説明したが、第３図について
も同様にして冗長性を与えるようにすることができる。

すなわち、第３図のエンドエフェクタ７１内に第４図ま
たは第５図のクラッチＣ６２とブレーキＢ６２を取り込
むようにする。

［発明の効果］ 本発明によれば、エンドエフェクタが必要とする動力を
関節部より供給するので、従来装置ではエンドエフェク
タ内に収容されていたモータ、角速度センサ、減速機等
を省略してエンドエフェクタを／ｈ型化することができ
る。

また、ブレーキ装置をエンドエフェクタ内に収容しても
その容積はさほど大きくならないので、これにより対象
物を精度良く固定することが出来る。

さらに５上記間節部内には通常用と故障時のバックアッ
プ用の動力源の２系統設けることが比較的容易なため、
これによりエンドエフェクタを、Ｊ＼型化したまま、マ
ニピュレータの信頼性を高めることができる。

また通常動作時には、上記動力源を２系統の動力源の一
方を関節部駆動用とし、他方をエンドエフェクタ駆動用
としてそれぞれの出力レベルを適正化し総合の電力効率
を高めることができる。

さらに、上記エンドエフェクタ内のモータ、角速度セン
サ、減速機等を省略した結果生じたスペースの一部を利
用してヒータ装置を設はエンドエフェクタを加熱するこ
とができる。

同様に、上記エンドエフェクタ内に触覚、視覚センサ等
を設け、これらにより対象物の制御状態を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマニピュレータの外観図、第２図
および第３図はそれぞれ本発明によるマニピュレータの
構成をしめず実施例図、第４図および第５図はそれぞれ
本発明に関節部に冗長性を与えた場合の実施例図である
。 ７１・・・エンドエフェクタ、８・・・着脱装置、８１
・・・コネクタ、１００・・・制御装置、１９０・・・
制御信号、Ｄ□〜Ｄ７・・・駆動装置、Ｓｌ・・・角速
度センサ、Ｍ工・・・モータ、Ｂ工・・・ブレーキ、Ｇ
工・・・減速機、Ｃ□・・・クラッチ、Ｈ・・・ヒータ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の関節部により順次連結された可動アームを備
   え、上記可動アームの先端部の関節部に連結された着脱
   装置にエンドエフェクタを結合するマニピュレータにお
   いて、上記エンドエフェクタ内の動力を上記着脱装置を
   介して上記可動アーム先端部の関節部より供給するよう
   にしたことを特徴とするエンドエフェクタの駆動機構を
   有するマニピュレータ。 ２、請求項１において、上記エンドエフェクタ内に少な
   くともブレーキ装置を備えるようにしたことを特徴とす
   るエンドエフェクタの駆動機構を有するマニピュレータ
   。 ３、請求項１において、上記エンドエフェクタ内に少な
   くともブレーキ装置とクラッチ装置を備えるようにした
   ことを特徴とするエンドエフェクタの駆動機構を有する
   マニピュレータ。 ４、請求項１ないし３において、上記可動アームの先端
   部の関節部内に２系統の少なくともモータとクラッチ装
   置を備え、上記クラッチ装置により上記２系統のモータ
   の接続を切替て何れか一方のモータにより上記関節部と
   エンドエフェクタを駆動するようにしたことを特徴とす
   るエンドエフェクタの駆動機構を有するマニピュレータ
   。 ５、請求項１ないし４において、上記可動アームの先端
   部の関節部内に２系統の少なくともモータとクラッチ装
   置を備え、上記クラッチ装置により上記２系統のモータ
   の一方をエンドエフェクタに接続し、他方を上記関節部
   に接続するようにしたことを特徴とするエンドエフェク
   タの駆動機構を有するマニピュレータ。 ６、請求項１ないし５において、上記エンドエフェクタ
   内にヒータ装置を設け、上記可動アーム先端部の関節部
   と上記エンドエフェクタ間のコネクタを介して上記ヒー
   タ装置に電力を供給するようにしたことを特徴とするエ
   ンドエフェクタの駆動機構を有するマニピュレータ。 ７、請求項６において、上記エンドエフェクタ内に触覚
   、視覚センサ等を設け、上記コネクタを介して上記触覚
   、視覚センサ等の制御信号を送信し、上記触覚、視覚セ
   ンサ等が検出する信号を受信するようにしたことを特徴
   とするエンドエフェクタの駆動機構を有するマニピュレ
   ータ。