JPH0929671A - Robot articulation - Google Patents

Robot articulation

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JPH0929671A
JPH0929671A JP7183872A JP18387295A JPH0929671A JP H0929671 A JPH0929671 A JP H0929671A JP 7183872 A JP7183872 A JP 7183872A JP 18387295 A JP18387295 A JP 18387295A JP H0929671 A JPH0929671 A JP H0929671A
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joint
robot
modules
adjacent
module
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伸彰 ▲高▼梨
Nobuaki Takanashi
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Nec Corp
日本電気株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot articulation easy to be combined and disassembled by providing integrally a control operation part to control a drive action, memory means for articular parameters, communication means between adjacent articular modules, electrically connecting connector and mechanical coupling mechanism in a bendable or expansible articulation. SOLUTION: A bendable or expansible articulation 1 having one or a plurality of degrees of freedom has an articular module composed of both side links 2, 3 sandwiching the articulation therebetween. In the articular module is provided a motor 11 to drive the articulation and a reduction gear mechanism 12 and a control calculation part 22 incorporating a communication means. Also, in the ends of links 2, 3 are provided connectors 31, 32 to interconnect electrically adjacent articular modules an a mechanical coupling mechanism consisting of a coupling pin 41 and coupling pin fixing means 42 to mechanically couple the articular modules with each other. Robot systems are constituted which cope with various working requirements in combination of a plurality of such articular modules.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は結合・分解を容易とする
ロボット関節に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot joint which facilitates connection and disassembly.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、多自由度の動作を実現するロボッ
ト関節は、複数リンクと、リンクを結合する関節からな
り、関節を構成するモータの駆動ケーブル及びエンコー
ダやセンサなどの接続ケーブルはリンク内部もしくはリ
ンクに沿って恒常的に結合されるため、複数リンク相互
の分解は容易でなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a robot joint for realizing a multi-degree-of-freedom operation is composed of a plurality of links and a joint for connecting the links. Alternatively, since the link is permanently connected along the link, it is not easy to disassemble the plurality of links.
【0003】さらに、全関節は集中した一ヵ所の制御装
置により全て制御されており、関節構造を変更した場合
は、制御装置内の制御プログラムを開発し直す必要があ
った。上記制約により、関節構造を自在に変化させるロ
ボット関節の開発は困難であった。
Further, all the joints are all controlled by a centralized control device, and when the joint structure is changed, it is necessary to develop a control program in the control device again. Due to the above restrictions, it has been difficult to develop a robot joint that can freely change the joint structure.
【0004】ロボット関節をモジュラ化して、動的に結
合状態を再構成させるシステムの提案は、福田等によ
り、“動的再構成可能ロボットシステムに関する研
究”、という題目で日本ロボット学会第8回学術講演会
予稿集に述べられている。
The proposal of a system for modularizing robot joints and dynamically reconstructing the connected state was proposed by Fukuda et al. Under the title of "Research on Dynamically Reconfigurable Robotic Systems", The 8th Annual Meeting of the Robotics Society of Japan. It is described in the proceedings of the lecture.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前記従来のモジュラ化
したロボット関節では、複数の関節相互の分離と結合を
実現できるが、機構は複雑となり関節毎の重量も大きい
ため、ロボットアームのように多数の関節を空間で変形
させる機構を構成することは困難であった。
In the conventional modular robot joint, a plurality of joints can be separated and connected to each other. However, since the mechanism is complicated and the weight of each joint is large, a large number of joints such as a robot arm are required. It was difficult to construct a mechanism for deforming the joint in space.
【0006】また、複数の関節に対し、機構毎の構造的
パラメータを全体の制御部が管理する必要があり、制御
構造が複雑になるという課題があった。さらに、多数の
関節を接続すると関節毎の座標変換行列演算が増加して
いくという課題もあった。
In addition, there has been a problem that it is necessary for the entire control unit to manage structural parameters for each mechanism for a plurality of joints, and the control structure becomes complicated. Further, there is another problem that when a large number of joints are connected, the coordinate transformation matrix calculation for each joint increases.
【0007】本発明の目的はこれらの課題を解決したロ
ボット関節を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a robot joint that solves these problems.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ロボッ
ト関節において、第一として、1または複数の自由度の
屈曲または伸縮可能な関節及び関節を駆動するモータ及
び減速機構と、前記モータを駆動するモータドライバ及
び駆動動作を制御する制御演算部及び関節パラメータの
記憶手段と、相隣接する関節モジュール間の通信手段
と、相隣接する関節モジュール間を電気的に接続する電
源線及び通信線及び補助的接続線と電気的接続コネクタ
と、相隣接する関節モジュールを互いに結合する結合ピ
ン及び結合ピンの固定手段及び結合を強化する機械的ガ
イド部からなる機械的結合機構、を一体として一つの関
節モジュールに設置してなることを特徴とするロボット
関節、及び、第二として、第一の関節として記載のロボ
ット関節において、前記関節をはさんで両側に関節モジ
ュールの構造体となるリンクを設置し、かつ一方のリン
クは隣接関節モジュール結合後の断面の第一の半分片側
を占める形状とし、他方のリンクは前記断面の第一の半
分とは逆側の第二の半分片側を占める形状とし、かつ第
一及び第二のリンク先端に結合ピンを設置し、かつ相隣
接する一方の関節モジュールの前記第一のリンクと他方
の関節モジュールの前記第二のリンクが最も長く接する
部位に機械的ガイド部を設置してなることを特徴とする
ロボット関節、及び、第三として、第一の関節として記
載のロボット関節において、前記関節をはさんで両側に
関節モジュールの構造体となるリンクを設置し、かつ一
方のリンクには第一のロボット関節を構成する要素の
内、電気的接続コネクタの一方及び機械的結合機構の一
方及び関節を除く全てを設置し、かつ他方のリンクに
は、第一のロボット関節を構成する要素の内、電気的接
続コネクタの一方と機械的結合機構の一方のみを設置し
てなることを特徴とするロボット関節、及び、第四とし
て、第一もしくは第二もしくは第三の関節として記載の
ロボット関節において、モータの駆動動作を制御する制
御演算部として、現在の関節変位に対応する隣接関節間
の座標変換行列の算出手段を持つことを特徴とするロボ
ット関節、及び、第五として、第一から第四として記載
のいずれかの関節に該当するロボット関節の組み合わせ
からなりかつ、同一の形状・大きさの複数の前記ロボッ
ト関節を組み合わせたことを特徴とするロボット関節、
及び、第六として、第一から第四として記載のいずれか
の関節に該当するロボット関節の組み合わせからなり、
かつ互いに大きさの異なる前記複数のロボット関節同士
を、結合変換モジュールを介して組み合わせたことを特
徴とするロボット関節、が得られる。
According to the present invention, in a robot joint, firstly, a joint and a deceleration mechanism for driving a joint and a joint capable of bending or expanding and contracting with one or more degrees of freedom, and the motor are provided. A motor driver to be driven, a control arithmetic unit for controlling a driving operation, a storage unit for joint parameters, a communication unit between adjacent joint modules, a power supply line and a communication line for electrically connecting the adjacent joint modules, and A mechanical joint including an auxiliary connecting wire, an electrical connecting connector, a coupling pin for coupling adjacent joint modules to each other, a fixing means for the coupling pin, and a mechanical guide mechanism for strengthening the coupling, is integrated into one joint. A robot joint characterized by being installed in a module, and second, in the robot joint described as the first joint, The links that serve as the structure of the joint module are installed on both sides of the joint, and one link has a shape occupying the first half of one side of the cross section after connecting the adjacent joint modules, and the other link has the above-mentioned cross section. A second half opposite to the first half is formed to occupy one side, and a coupling pin is installed at the first and second link tips, and the first link of one joint module adjacent to each other. A robot joint characterized in that the second link of the other joint module is provided with a mechanical guide portion in a position in which the second link is in longest contact, and thirdly, in the robot joint described as the first joint, A link that serves as a structure of a joint module is installed on both sides of the joint, and one of the electrical connection connectors and the machine among the elements that form the first robot joint is provided on one of the links. All but one of the coupling mechanisms and joints are installed, and only one of the electrical connection connectors and one of the mechanical coupling mechanisms of the elements that make up the first robot joint are installed on the other link. In a robot joint characterized by the following, and fourthly, in the robot joint described as the first, second, or third joint, it corresponds to the current joint displacement as a control calculation unit for controlling the driving operation of the motor. A robot joint characterized by having a means for calculating a coordinate transformation matrix between adjacent joints, and fifth, a combination of robot joints corresponding to any of the joints described as the first to fourth, and A robot joint characterized by combining a plurality of the robot joints having the same shape and size,
And, as a sixth, a combination of robot joints corresponding to any of the joints described as the first to the fourth,
And, a robot joint characterized in that the plurality of robot joints having different sizes are combined with each other through a coupling conversion module.
【0009】[0009]
【実施例】本発明の具体的な実施例について図面を用い
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0010】図1は、本発明の第一の実施例を示す斜視
図である。図において、1または複数の自由度を持つ屈
曲または伸縮可能な関節1は、関節を挟んだ両側のリン
ク2及び3を結合して、関節モジュールを構成する。関
節モジュール内部には、関節を駆動するモータ11及び
減速機構12と、モータ11を駆動するモータドライバ
21及び駆動動作を制御する制御演算部22が一体とし
て設置されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention. In the figure, a bendable or telescopic joint 1 having one or a plurality of degrees of freedom forms a joint module by connecting links 2 and 3 on both sides of the joint. Inside the joint module, a motor 11 and a deceleration mechanism 12 for driving the joint, a motor driver 21 for driving the motor 11 and a control operation unit 22 for controlling the driving operation are integrally provided.
【0011】リンク2及びリンク3の端部には、相隣接
する関節モジュール間を電気的に接続する電気的接続コ
ネクタ31及び32と、相隣接する関節モジュールを互
いに機械的に結合する結合ピン41及び結合ピンの固定
手段42及び結合を強化する機械的ガイド部43からな
る機械的結合機構が設置されている。
At the ends of the link 2 and the link 3, electrical connectors 31 and 32 for electrically connecting adjacent joint modules, and connecting pins 41 for mechanically connecting the adjacent joint modules to each other. And a mechanical coupling mechanism comprising a coupling pin fixing means 42 and a mechanical guide 43 for strengthening the coupling.
【0012】図2は、関節モジュールに搭載する制御演
算部22の構成を示すブロック図である。演算CPU2
21と関節パラメータの記憶手段222と、相隣接する
関節モジュール間の通信手段223と、相隣接する関節
モジュール間を電気的に接続する電源線224及び通信
線225及び補助的接続線226とが設置され、それぞ
れ電気的接続コネクタ31及び32に接続されている。
そこで、演算CPU221は、制御演算を実行するに必
要な演算回路、メモリ、クロック発生回路、周辺入出力
回路、等を含んだブロックとして示してあり、ワンチッ
プ上に集積しても、複数チップとして実装しても良い。
なお、モータドライバとの接続は省略してある。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control arithmetic unit 22 mounted on the joint module. Arithmetic CPU 2
21 and a joint parameter storage unit 222, a communication unit 223 between adjacent joint modules, a power supply line 224, a communication line 225, and an auxiliary connection line 226 that electrically connect the adjacent joint modules. And are connected to the electrical connection connectors 31 and 32, respectively.
Therefore, the arithmetic CPU 221 is shown as a block including an arithmetic circuit, a memory, a clock generation circuit, a peripheral input / output circuit, etc. necessary for executing the control arithmetic operation. May be implemented.
The connection with the motor driver is omitted.
【0013】関節パラメータの記憶手段222として
は、読み出し専用メモリなどを使用して関節モジュール
の形状・機構構成に関するパラメータを全て関節モジュ
ール上に搭載する構成と、読み出し専用メモリ若しくは
ジャンパ線などにより単に関節モジュールの番号のみ記
憶し、関節モジュール外部に設けたホスト計算機上に関
節パラメータを記憶する構成のいずれをとっても良い。
As a storage unit 222 for the joint parameters, a read-only memory or the like is used to mount all parameters relating to the shape and mechanism of the joint module on the joint module, and a read-only memory or jumper wire is used to simply Only the module number may be stored, and the joint parameters may be stored on a host computer provided outside the joint module.
【0014】また、図2に示した制御演算部22を構成
する各ブロック及びモータドライバ21は、同一の回路
基板に搭載する構成と、いくつかの基板に分離して搭載
する構成のいずれによっても本発明が実現されることに
は相違はなく、実装上の要請に応じて選択して良いこと
は明らかである。
Further, each block and the motor driver 21 constituting the control arithmetic unit 22 shown in FIG. 2 may be mounted on the same circuit board or may be mounted separately on several boards. It is obvious that the present invention can be realized and that the selection can be made according to the requirements of the implementation.
【0015】図3は本発明の第2の実施例を示す斜視図
(a)及び側面図(b)である。基本構成要素は第1の
実施例と同一であるが、特に、関節1をはさんで両側に
設置したリンク2及びリンク3に関して、リンク2は隣
接関節モジュール結合後の断面の第一の半分片側を占め
る形状とし、リンク3は前記断面の第一の半分とは逆側
の第二の半分片側を占める形状とする。図に示した例で
は、一例として、リンク2は結合後のリンクの上側半分
となり、リンク3は下半分となる形状としている。つま
り、当該関節モジュールのリンク2は、隣接する関節モ
ジュールのリンク3の上側にかぶさるように結合され
る。
FIG. 3 is a perspective view (a) and a side view (b) showing a second embodiment of the present invention. The basic constituent elements are the same as those in the first embodiment, but in particular, regarding the link 2 and the link 3 installed on both sides of the joint 1, the link 2 is one side of the first half of the cross section after connecting the adjacent joint modules. , And the link 3 occupies one side of the second half opposite to the first half of the cross section. In the example shown in the figure, as an example, the link 2 has an upper half and the link 3 has a lower half. That is, the link 2 of the joint module is coupled so as to cover the link 3 of the adjacent joint module.
【0016】リンク2及びリンク3の先端には結合ピン
41A,41B,41C,41D及び結合ピン固定手段
42A,42B,42C,42Dを設置する。リンク2
の下側の2辺43A及び、リンク3の上側2辺43B
は、それぞれ互いに嵌合しあう機械的ガイドとなるよう
構成する。結合ピンと機械的ガイドにより、複数の関節
モジュールを種々の方向に対する曲げやねじりなどの印
加力に対して強固に結合することができる。
Connecting pins 41A, 41B, 41C, 41D and connecting pin fixing means 42A, 42B, 42C, 42D are installed at the tips of the links 2 and 3. Link 2
43A on the lower side and 43B on the upper side of the link 3
Are configured to be mechanical guides that fit together. The joint pins and the mechanical guides allow the joint modules to be firmly joined to the applied force such as bending and twisting in various directions.
【0017】また、図3に示す構成では関節1を2方向
に変形可能な2自由度調節とした場合、これを駆動する
ためのモータ11A及び11Bと、モータに同軸に結合
した減速器12A及び12Bをそれぞれリンク2及びリ
ンク3の内側に内蔵することができる。通常、大きなト
ルクを発生させるモータ及び減速器は直径は小さくても
長さは長い場合が多い。図に示す構成では隣接する関節
モジュールのモータ及び減速器を上下に重ねて配置可能
なため、複数の関節モジュールを結合した場合にも関節
間の間隔をモータ及び減速器1組分の長さに近づけるこ
とが可能となる。駆動トルクが大きいため、モータと分
離して減速器をより関節1に近い場所に設置した場合に
も、モータを上下に重ねて配置可能なため、複数の関節
モジュールを結合した場合に関節間の間隔を短縮するこ
とが可能である。
Further, in the structure shown in FIG. 3, when the joint 1 is adjusted to have two degrees of freedom capable of being deformed in two directions, motors 11A and 11B for driving the joint 1 and a speed reducer 12A coaxially coupled to the motor are used. 12B can be built inside the link 2 and the link 3, respectively. Usually, a motor and a decelerator that generate a large torque often have a long diameter but a long length. In the configuration shown in the figure, the motors and decelerators of the adjacent joint modules can be arranged one above the other, so that even when a plurality of joint modules are combined, the space between the joints can be set to the length of one motor and decelerator set. It is possible to bring them closer. Since the driving torque is large, the motors can be arranged one above the other even when the reducer is installed near the joint 1 separately from the motor. It is possible to shorten the interval.
【0018】制御演算部22及び、モータドライバ21
は、リンク3に設置することができる。また、リンク2
とリンク3の接合部に電気的接続コネクタ31及び32
を設置する。
The control calculator 22 and the motor driver 21
Can be installed on the link 3. Link 2
And the electrical connection connectors 31 and 32 at the joint of the link 3
Is installed.
【0019】図4は本発明の第3の実施例を示す斜視図
である。基本構成要素は第1の実施例と同一であるが、
特に、関節1をはさんで両側に設置するリンク2及び3
に関し、一方のリンク2には関節モジュールを構成する
要素の内、電気的接続コネクタ31及び機械的結合機構
を構成する結合ピン41及び機械的ガイド43などを設
置する。また、他方のリンク3には、電気的接続コネク
タ32及び機械的結合機構を構成する結合ピン固定手段
42及び機械的ガイド43に加え、関節を駆動するモー
タ及び減速器10と、その電気的駆動回路及び制御回路
20を設置する。
FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention. The basic components are the same as in the first embodiment,
In particular, links 2 and 3 placed on both sides of joint 1
As for the link 2, among the components constituting the joint module, an electrical connector 31 and a coupling pin 41 and a mechanical guide 43 constituting a mechanical coupling mechanism are installed. The other link 3 includes a motor and a speed reducer 10 for driving a joint, in addition to an electric connector 32 and a connecting pin fixing means 42 and a mechanical guide 43 constituting a mechanical connecting mechanism. The circuit and the control circuit 20 are installed.
【0020】図4に示す構成によれば、リンク2側には
モータを設置しないので、モータの長さを考慮する必要
が無い。関節の中心から極力短い距離にハンドやカメラ
などの機能部品を取り付けることができ、操作性のよい
関節モジュールが得られる。
According to the configuration shown in FIG. 4, since no motor is provided on the link 2 side, there is no need to consider the length of the motor. A functional component such as a hand or a camera can be attached as short as possible from the center of the joint, and a joint module with good operability can be obtained.
【0021】図5は本発明の第4の実施例を示すブロッ
ク図である。本発明の第1、第2、第3の実施例に搭載
される制御演算部の実施例を示すブロック図である。図
2に示した制御演算部の構成に加えて、現在の関節変位
に対応する隣接関節間の座標変換行列の算出手段230
を持つ点が特徴である。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the Example of the control arithmetic part mounted in the 1st, 2nd, and 3rd Example of this invention. In addition to the configuration of the control calculation unit shown in FIG. 2, a means 230 for calculating a coordinate conversion matrix between adjacent joints corresponding to the current joint displacement.
It is characterized by having.
【0022】関節モジュールに搭載するCPUの演算能
力に余裕がある場合、各関節モジュール上に搭載したC
PUにて関節変位を計測後、各関節上で座標変換行列を
計算し、ホスト計算機に転送する構成とする。多数の関
節を接続していても計測した関節変位から座標変化行列
を求める処理は一関節モジュール分のみの演算時間で良
い。座標変換行列を転送する時間がオーバヘッドとして
必要となるが、高速通信線を適用している場合には問題
にならない。このため、全体制御用のCPUの負荷を大
幅に軽減し、複数関節モジュールを結合した機構の全体
制御演算を高速に実行することができる。
When the CPU equipped in the joint module has a sufficient computing capacity, the C mounted on each joint module is used.
After the joint displacement is measured by the PU, a coordinate transformation matrix is calculated on each joint and transferred to the host computer. Even if a large number of joints are connected, the processing for obtaining the coordinate change matrix from the measured joint displacement requires only the calculation time for one joint module. Although the time required to transfer the coordinate transformation matrix is required as an overhead, it does not matter when a high-speed communication line is applied. For this reason, the load on the CPU for overall control can be significantly reduced, and the overall control operation of a mechanism in which a plurality of joint modules are coupled can be executed at high speed.
【0023】図6は、本発明の第5の実施例を示す側面
図である。本発明の第1から第4のいずれかに該当する
ロボット関節であって、同一の形状・大きさの複数の関
節モジュールを多数組み合わせている。本発明に従う構
成により、結合する関節モジュール数は適用する作業に
応じて自由に増減することができる。特に、宇宙空間な
ど、重力の影響が微少な環境では、多数の関節モジュー
ルを結合して複雑な作業に適用することが容易である。
FIG. 6 is a side view showing the fifth embodiment of the present invention. The robot joint according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, in which a plurality of joint modules having the same shape and size are combined. With the configuration according to the present invention, the number of joint modules to be connected can be freely increased or decreased according to the operation to be applied. In particular, in an environment where the influence of gravity is minimal, such as in outer space, it is easy to combine a large number of joint modules and apply them to complicated tasks.
【0024】図7は、本発明の第5の実施例によるロボ
ット関節を駆動した結果の3次元形状を示す図である。
同一の形状の多数の関節モジュールの結合により、3次
元的な形状をとりながらも凹凸の少ない外形であり、複
雑な部分への挿入などが可能となる。
FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional shape as a result of driving the robot joint according to the fifth embodiment of the present invention.
By coupling a large number of joint modules having the same shape, the outer shape has a small unevenness while taking a three-dimensional shape, and it becomes possible to insert it into a complicated part.
【0025】図8は本発明の第6の実施例を示す側面図
である。本発明の第1から第4のいずれかに該当するロ
ボット関節であって、互いに大きさの異なる複数の関節
モジュールを直列に多数組み合わせている。このとき、
大きさの異なる調節モジュールは直接は結合することが
できないため、結合変換モジュール4を介して組み合わ
せる。これにより、重力の影響を受ける環境で使用する
場合、ロボット関節を固定する部分に近い関節モジュー
ルは大型かつ大トルクを発生可能な物を使用し、先端に
近づくに従って小型かつ軽量の関節モジュールを使用す
ることができる。これにより、重力の影響を受ける環境
においても多数の関節モジュールを結合し、複雑な作業
に適用することが可能となる。
FIG. 8 is a side view showing a sixth embodiment of the present invention. In the robot joint according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, a plurality of joint modules having different sizes are combined in series. At this time,
Adjustment modules of different sizes cannot be directly coupled and are combined via a coupling conversion module 4. As a result, when used in an environment affected by gravity, the joint module close to the part where the robot joint is fixed should be large and capable of generating large torque, and the smaller and lighter joint module will be used closer to the tip. can do. Thus, even in an environment affected by gravity, a large number of joint modules can be connected and applied to a complicated operation.
【0026】一方、図8の右方に示すように、同一の大
きさのモジュールを結合する場所には、結合変換モジュ
ールは不要である。
On the other hand, as shown on the right side of FIG. 8, a coupling conversion module is not required at a location where modules of the same size are coupled.
【0027】図9は本発明の第7の実施例を示す図であ
る。本発明の第1から第4のいずれかに該当するロボッ
ト関節であって、互いに大きさの異なる複数の関節モジ
ュールを直列及び並列に分岐させ多数組み合わせてい
る。このとき、大きさの異なる関節モジュールを図8に
示した構成と同様に、結合変換モジュールを介して組み
合わせる。さらに、複数の関節モジュールを分岐させて
結合するため、中心部の結合変換モジュール101及び
102は特に種々の方向に関節モジュールを結合可能と
する構成としている。更に直列に結合した関節の末端に
はハンドモジュール106及び107、足モジュール1
04及び105を結合することにより、人間型ロボット
を構成している。
FIG. 9 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention. The robot joint according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, in which a plurality of joint modules having mutually different sizes are branched in series and in parallel and are combined in large numbers. At this time, the joint modules having different sizes are combined via the joint conversion module, similarly to the configuration shown in FIG. Further, since a plurality of joint modules are branched and coupled, the coupling conversion modules 101 and 102 in the central portion are configured to be able to couple the joint modules particularly in various directions. Further, the hand modules 106 and 107 and the foot module 1 are located at the ends of the joints connected in series.
A humanoid robot is constructed by combining 04 and 105.
【0028】図に示した結合変換モジュールを用いる構
成によれば、本発明による類似形状の関節モジュールを
結合し、2本の足及び2本の腕及び首により指向方向を
変化可能な人間状ロボットを構成することができる。
According to the configuration using the coupling conversion module shown in the figure, a humanoid robot capable of connecting a joint module having a similar shape according to the present invention and changing the directivity direction by two feet and two arms and necks. Can be configured.
【0029】図では一例として2本の足及び2本の腕及
び首を持つ構成としたが、結合変換モジュールの構成に
より任意の本数の足や腕や首を持たせることが可能であ
ることは明らかである。
In the figure, the configuration has two legs and two arms and necks as an example. However, it is possible to have an arbitrary number of legs, arms and necks by the configuration of the coupling conversion module. it is obvious.
【0030】以上の各ブロックの構成及び動作は同業者
に容易に類推しうるものであり、さらに詳細な説明は省
略する。
The configuration and operation of each block described above can be easily inferred by those skilled in the art, and further detailed description will be omitted.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明によれば、複数自由度を持ち、機
械的にも電気的にも関節毎に独立し、かつ分離・結合が
容易であるロボット関節が得られる。このため、同一機
構のロボット関節もしくは、機能毎に構成したロボット
関節を用意し、作業要求の変化に応じて組み替え、再構
成することが容易となる。つまり、数多くの作業要求に
対して、あらかじめ用意した少数の種類のロボット関節
を組み合わせることにより適応することができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a robot joint which has a plurality of degrees of freedom, is mechanically and electrically independent for each joint, and is easy to separate and join. For this reason, it becomes easy to prepare a robot joint having the same mechanism or a robot joint configured for each function, and to rearrange and reconfigure according to a change in work request. That is, it is possible to adapt to a large number of work requests by combining a small number of types of robot joints prepared in advance.
【0032】また、関節モジュールが故障した場合、故
障した関節モジュールを分離し、同一構成の正常な関節
モジュールと交換することにより、容易に修復すること
ができる。家庭内で使用する応用などの場合、故障時の
容易な修復機能は非常に重要である。この場合にも、関
節モジュールの構成は単純なため、大きな投資無しに故
障に備えたスペアの関節モジュールを用意しておくこと
ができる。故障に備えた関節モジュールは、故障が生じ
ない間は人間型ロボットにおける第3の腕など、他の目
的で活用することも容易である。
When a joint module fails, it can be easily repaired by separating the failed joint module and replacing it with a normal joint module having the same configuration. In applications such as home use, an easy repair function in case of failure is very important. Also in this case, since the configuration of the joint module is simple, a spare joint module for a failure can be prepared without a large investment. The joint module prepared for a failure can be easily used for other purposes such as the third arm of the humanoid robot while the failure does not occur.
【0033】本発明によれば、機械的ガイドと結合部両
端に設置された結合ピンを用いる構成により、簡単な構
成の結合ピン固定手段によっても、強固に隣接モジュー
ルを結合することができる。また、結合固定は結合ピン
固定手段のみにて実現しているため、分離も容易であ
る。
According to the present invention, the structure using the mechanical guide and the connecting pins provided at both ends of the connecting portion enables the adjacent modules to be firmly connected by the connecting pin fixing means having a simple structure. Further, since the coupling and fixing are realized only by the coupling pin fixing means, the separation is easy.
【0034】関節モジュール毎に座標変換行列算出手段
を搭載する場合は、結合する関節モジュールの総数が増
加しても座標変換行列の演算時間は増加することが無
く、効率よく制御演算を実行することができる。
In the case where the coordinate conversion matrix calculating means is mounted for each joint module, even if the total number of joint modules to be connected increases, the operation time of the coordinate conversion matrix does not increase and the control operation can be executed efficiently. Can be.
【0035】複数関節モジュールの結合利用に関しては
大きさの異なる関節モジュールの結合のため結合変換モ
ジュールの適用も容易である。このため、大きなモジュ
ールを固定側に使用することにより、重力の影響を受け
る環境で多数の関節モジュールを直列に結合して用いる
ことができる。また、複数のモジュールを分岐して結合
可能な結合変換モジュールを使用することにより、人間
型のロボットを構成することも容易である。
Regarding the joint use of a plurality of joint modules, the joint conversion module can be easily applied to joint the joint modules having different sizes. Therefore, by using a large module on the fixed side, many joint modules can be connected in series in an environment affected by gravity. Further, it is easy to configure a humanoid robot by using a coupling conversion module capable of branching and coupling a plurality of modules.
【0036】以上述べた本発明によれば、単純な形状の
関節モジュールを多数組み合わせて種々の作業要求に対
応が容易なロボットシステムを構成することが容易とな
り、前記従来の課題を解決したロボット関節が得られ
る。
According to the present invention described above, it is easy to construct a robot system which can easily respond to various work requests by combining a large number of joint modules having a simple shape, and a robot joint which solves the above-mentioned conventional problems. Is obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の第一の実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】関節モジュールに搭載する制御演算部22の構
成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control calculation unit 22 mounted on a joint module.
【図3】本発明の第2の実施例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施例を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第5の実施例を示す側面図。FIG. 6 is a side view showing a fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第5の実施例によるロボット関節を駆
動した結果の3次元形状を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional shape as a result of driving a robot joint according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第6の実施例を示す側面図。FIG. 8 is a side view showing a sixth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第7の実施例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 関節 2、3 リンク 11 モータ 12 減速器 21 モータドライバ 22 制御演算部 31、32 電気的接続コネクタ 41 結合ピン 42 結合ピン固定手段 43 機械的ガイド部 221 演算CPU 222 関節パラメータ記憶手段 223 通信手段 224 電源線 225 通信線 226 補助的接続線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Joint 2, 3 link 11 Motor 12 Reducer 21 Motor driver 22 Control calculation part 31, 32 Electrical connection connector 41 Connection pin 42 Connection pin fixing means 43 Mechanical guide part 221 Calculation CPU 222 Joint parameter storage means 223 Communication means 224 Power line 225 Communication line 226 Auxiliary connection line

Claims (6)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】ロボット関節において、 1または複数の自由度の屈曲または伸縮可能な関節及び
    関節を駆動するモータ及び減速機構と、 前記モータを駆動するモータドライバ及び駆動動作を制
    御する制御演算部及び関節パラメータの記憶手段と、 相隣接する関節モジュール間の通信手段と、 相隣接する関節モジュール間を電気的に接続する電源線
    及び通信線及び補助的接続線と電気的接続コネクタと、 相隣接する関節モジュールを互いに結合する結合ピン及
    び結合ピンの固定手段及び結合を強化する機械的ガイド
    部からなる機械的結合機構、を一体として一つの関節モ
    ジュールに設置してなることを特徴とするロボット関
    節。
    1. In a robot joint, a joint capable of flexing or expanding and contracting with one or more degrees of freedom, a motor for driving the joint and a deceleration mechanism, a motor driver for driving the motor, and a control operation unit for controlling a driving operation, Joint parameter storage means, communication means between adjacent joint modules, power supply line and communication line electrically connecting adjacent joint modules, auxiliary connection line, and electrical connection connector, adjacent to each other A robot joint, wherein a joint pin for joining joint modules to each other, a fixing means for the joint pins, and a mechanical joint mechanism including a mechanical guide portion for strengthening the joint are integrally installed in one joint module.
  2. 【請求項2】請求項1に記載のロボット関節において、 前記関節をはさんで両側に関節モジュールの構造体とな
    るリンクを設置し、 かつ一方のリンクは隣接関節モジュール結合後の断面の
    第一の半分片側を占める形状とし、他方のリンクは前記
    断面の第一の半分とは逆側の第二の半分片側を占める形
    状とし、 かつ第一及び第二のリンク先端に結合ピンを設置し、か
    つ相隣接する一方の関節モジュールの前記第一のリンク
    と他方の関節モジュールの前記第二のリンクが最も長く
    接する部位に機械的ガイド部を設置してなることを特徴
    とするロボット関節。
    2. The robot joint according to claim 1, wherein links serving as a structure of a joint module are installed on both sides of the joint with the joint interposed therebetween, and one of the links has a first cross-section after the adjacent joint module is connected. Of the first half of the cross-section, the other link has a shape occupying the second half half side opposite to the first half of the cross section, and the coupling pin is installed at the tip of the first and second links, A robot joint, wherein a mechanical guide portion is installed at a portion where the first link of one joint module adjacent to each other and the second link of the other joint module are in contact with each other for the longest time.
  3. 【請求項3】関節を駆動するモータ及び減速機構と、 前記モータを駆動するモータドライバ及び駆動動作を制
    御する制御演算部及び関節パラメータの記憶手段と、 相隣接する関節モジュール間の通信手段と、 相隣接する関節モジュール間を電気的に接続する電源線
    及び通信線及び補助的接続線と電気的接続コネクタの一
    方と、 相隣接する関節モジュールを互いに結合する結合ピン及
    び結合ピンの固定手段及び結合を強化する機械的ガイド
    部からなる機械的結合機構の一方とからなるリンクと、 相隣接する関節モジュール間を電気的に接続する電源線
    及び通信線及び補助的接続線と電気的接続コネクタの一
    方と、 相隣接する関節モジュールを互いに結合する結合ピン及
    び結合ピンの固定手段及び結合を強化する機械的ガイド
    部からなる機械的結合機構の一方とからなるリンクと
    を、 1または複数の自由度の屈曲または伸縮可能な関節をは
    さんで両側に設置してなることを特徴とするロボット関
    節。
    3. A motor for driving a joint and a deceleration mechanism, a motor driver for driving the motor, a control calculation unit for controlling a driving operation, a storage unit for joint parameters, and a communication unit between adjacent joint modules. One of a power supply line, a communication line and an auxiliary connection line for electrically connecting adjacent joint modules to each other, and an electrical connection connector, a connecting pin for connecting the adjacent joint modules to each other, and a fixing means of the connecting pin and the connection. Link consisting of one of the mechanical coupling mechanism consisting of the mechanical guide part that strengthens the joint, and one of the power supply line and communication line for electrically connecting adjacent joint modules and the auxiliary connection line and the electrical connection connector. And a coupling pin for coupling adjacent joint modules to each other, a fixing means for the coupling pin, and a mechanical guide portion for strengthening the coupling. A link consisting of one of the binding mechanism, one or more degrees of freedom of bending or retractable joint interposed therebetween robot joints characterized by being placed on either side.
  4. 【請求項4】請求項1もしくは請求項2もしくは請求項
    3に記載のロボット関節において、 モータの駆動動作を制御する制御演算部として、現在の
    関節変位に対応する隣接関節間の座標変換行列の算出手
    段を持つことを特徴とするロボット関節。
    4. The robot joint according to claim 1, 2, or 3, wherein a coordinate conversion matrix between adjacent joints corresponding to a current joint displacement is used as a control calculation unit for controlling a driving operation of a motor. A robot joint characterized by having calculation means.
  5. 【請求項5】請求項1から4のいずれかに該当するロボ
    ット関節の組み合わせからなりかつ、同一の形状・大き
    さの複数の前記ロボット関節を組み合わせたことを特徴
    とするロボット関節。
    5. A robot joint comprising a combination of robot joints according to claim 1, wherein a plurality of robot joints having the same shape and size are combined.
  6. 【請求項6】請求項1から4のいずれかに該当するロボ
    ット関節の組み合わせからなり、かつ互いに大きさの異
    なる前記複数のロボット関節同士を、結合変換モジュー
    ルを介して組み合わせたことを特徴とするロボット関
    節。
    6. A combination of robot joints according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of robot joints having different sizes are combined with each other through a coupling conversion module. Robot joints.
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