JPS63245507A

JPS63245507A - マニピユレ−タ駆動装置

Info

Publication number: JPS63245507A
Application number: JP7854087A
Authority: JP
Inventors: Kenji Akizuki; 秋月　憲二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-12

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は例えば宇宙空間を含む也限環境下において各
種作業を行なう場合に用いられるマニピュレータの駆動
装置に関する。

（従来の技術）従来、マニピュレータ駆動装置としては、各関節の回り
過ぎによる誤動作を防止するために、回転軸の回転角度
をリミットスイッチで検知して関節の回転角度を制御す
るリミットスイッチ方式が採用されていた。

ところが、上記マニピュレータ駆動装置では、その構成
上、駆動範囲がアームの回転範囲を合成したものとなり
、円弧状になるために、高精度な駆動制御が困難なもの
であった。また、これによれば、いわゆる多関節のマニ
ピュレータに適用するが困難であるという問題も有して
いた。

（発明が解決しようとする問題点）以上述べたように、従来のマニピュレータ駆ａ装置では
、アームの高精度な駆動制御が困難で、多関節のものに
適用することが難しいものであった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な
構成で、かつ、アーム先端部の高精度な駆動制御を実現
し得るようにしたマニピュレータ駆動装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は関節の角度からアーム先端部の位置を求めて
先端位置計算手段と、この先端位置計算手段の計棹値か
ら前記アーム先端部が所定の空間駆動制限区域内に入っ
たが否かを判別する空間駆動制限区域選択手段と、前記
アーム先端部の駆動速度の軸成分から前記空間駆動制限
区域内における制限面に対する駆動方向を判別する駆動
方向判別手段と、前記空間駆動制限区域選択手段からの
制限区域内信号及び前記駆動方向判別手段の制限面方向
信号に応動してオンされるスイッチ手段と、このスイッ
チ手段に連動して前記アーム先端部の制限速度信号を発
生する制限速度発生手段と、前記制限速度信号と前記駆
動速度信号を比較して絶対地の小さい一方を出力する速
度比較手段と、この速度比較手段の出力を軸成分に分解
して移動方向及び移動速度に再生する軸速度成分再生手
段と、この軸速度成分再生部の出力から関節軸回転速度
を求める演算手段とを儀えたことを特徴とする。

（作用）上記構成により、アーム先端部の空間座標を求め、該ア
ーム先端部が所定の空間駆動制限区域を越えないように
所定の区域に入った状態で、駆動を強制的に減速して制
限面内で確実に停止させるものである。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係るマニピュレータ駆動
装置を示すもので、図中１０は先端位置計算部である。

この先端位置計算部１０の出力端は空間駆動制限区域選
択部１１を介して例えばＡＮＤ回路で構成されるスイッ
チ回路１２の一方の入力端に接続される。このスイッチ
回路１２はその他方の入力端にアーム先端部の駆動速度
を軸成分（ｊＸ、ｄＹ、ｄＺから検出する駆動方向判別
部１３が接続されており、その出力端には制限速度発生
部１４が接続される。この制限速度発生部１４の出力端
には速度比較部１５の一方の入力端が接続される。この
速度比較部１５はその他方の入力端に指令速度（Ｖｃ　
）計算部１６の出力端が接続されており、その出力端に
は軸速度成分再生部１７が接続される。この軸速度成分
再生部１７の出力端には図示しない駆動ｈＪｍ部に接続
される運肋学方程式演算部１８が接続される。

第２図は上記マニピュレータ駆動装置の適用される多関
節のマニピュレータを示すもので、例えば取付は体１９
には肩ロール関節２０が回転自在に搭載される。この屑
ロール関節２０の一端には肩ピッチＷＡ１２１の一端が
略直交する方向に回転自在に取着され、この肩ピッチ関
節２１の他端には第１のアーム２２が回転自在に取着さ
れる。この第１のアーム２２の先端には肘ピッチ関節２
３の一端が回転自在に取着される。この肘ピッチ関節２
３の他端には第２のアーム２４が取着され、この第２の
アーム２４の先端には手首ピッチ関節２５の他端が接続
される。この手首ピッチ関節２５の他端にはアーム先端
部を構成する第３のアーム２６が回転自在に取着される
。この第３のアーム２６は作動範囲として所定の空間駆
動制限区域ＩＬが設定されており、その先端には図示し
ないマグネット等の保持部が取着される。この空間駆動
制限区域ＬＬは例えば第３図に示すように各部が■〜０
の如く設定され、これら各部のデータが上記空間駆動制
限区域選択部１１に記憶されている。

上記構成において、マニピュレータが駆動されると、先
ず屑ロール関節２０．肩ピッチ関節２１、肘ピッチ関節
２３及び手首ピッチ間第２５の各関節角度ｅ！、θ２．
θ３及びｅ４が先端位置計算部１０に入力される。する
と、先端位置計算部１０は第３のアーム２６の位置ｘ、
ｙ、ｚを求めて、その計算値を空間駆動制限区域選択部
１１に出力する。この空間駆動制限区域選択部１１は上
述したように予め記憶したデータを元に第３のアーム２
６が空間駆動制限区域Ｕに入ったが否かを判別して、判
定結果をスイッチ回路１２に出力する。同時に、駆動方
向判別部１３は第３のアーム２６の駆動速度の軸成分ｄ
Ｘ、ｄＹ、ｄＺがら前記空間駆動制限区域旦における制
限面に対する駆動方向を判定して、その判定結果を上記
スイッチ回路１２に出力する。この判定は、例えば制限
面が平面あるいは平面の組合わせの場合、速度度合の軸
成分の正か負の極性により判定され、円筒形状の場合、
Ｘｃ、Ｙｃを円筒の中心座標とすると、ｄＲ＝　（Ｘ　　Ｘｃ　）ｄＸ＋　（Ｙ−Ｙｃ　）の式
により実現され、球面形状の場合、Ｘｃ。

Ｙｃ、Ｚｃを球の中心座標とすると、ｄＲ＝　（Ｘ　　Ｘｃ　）ｄＸ＋　（Ｙ　　Ｙｃ　）ｄ
Ｙ＋（Ｚ−Ｚｃ）ｄＺの式により実現される。

上記スイッチ回路１２は空間駆動制限区域選択部１１か
らの制限区域内信号及び駆動方向判別部からの制限面方
向信号に応動してオンされて、制限速度発生部１４を作
動させる。すると、この制限速度発生部１４は上記空間
駆動制限区域旦における制限面の手前（所定の区域）か
ら徐々に速度を低下させて制限面で零となる制限速度信
号ＶＬを発生して速度比較部１５に出力する。このｉｌ
ｌ限速度信号ＶＬは制限面と第３のアーム２６の先端と
の距離をＲ１制限面から制限区域距離Ｄ、マニピュレー
タ／距離りをＫとすると、Ｖｃ＝ＫＲの式で求められる。次に、速度比較部１５は制限速度信
号ＶＬと指令速度計算部１６からの指令速度信号Ｖ（３
を比較して絶対値の小さい一方の信号を軸速度成分再生
部１７に出力する。この軸速度成分再生部１７は入力信
号を軸成分ｄＸ’。

ｄＹ’　、ｄＺ’　に分解して運動学方程式演算部１８
に出力する。これにより、運動学方程式演算部１８は軸
成分ｄＸ’　、ｄＹ’　、ｄＺ’から関節軸回転速度ｄ
θ１　、　ｄ　ｅ２　、　ｄ　ｅ３　、　ｄ　ｅ’Ｊヲ
計算して図示しない駆動制御部に出力して上記マニピュ
レータの第３のアーム２６を空間駆動制限区域１１内に
規制制御する。

このように、第３のアーム２６の空間座標を求め、該第
３のアーム２６が空間駆動制限区域ＬＬを越えないよう
に所定の区域に入った状態で、駆動を強制的に減速して
制限面内で確実に停止させるように構成したことにより
、第３のアーム２６が空間駆動制限区域２７を越えるこ
とがなく、高精度な駆動制御が実現できる。

なお、上記実施例では、４関節を有したマニピュレータ
に適用した場合で説明したが、この関節の数に限ること
なく、適用可能で、同様に高精度な駆動制御を実現でき
る。よって、この発明は、上記実施例に限ることなく、
その他、この発明の要旨を逸脱はない範囲で種々の変形
を実廊し得ることはいうまでもないことである。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で
、かつ、アーム先端部の高精度な駆動５ｉｌｌ　ｍを実
現し得るようにしたマニピュレータ駆動装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るマニピュレータ駆動
装置を示すブロック図、第２図は第１図の適用されるマ
ニピレータを示す図、第３図は第２図の空間駆動制限区
域の区域区分例を示す図である。１０・・・先端位置計算部、１１・・・空間駆動制限区
域選択部、１２・・・スイッチ部、１３・・・駆動方向
判別部、１４・・・制限速度発生部、１５・・・速度比
較部、１６・・・指令速度計算部、１７・・・軸速度成
分発生部、１８・・・運動学方程式演算部、１９・・・
取付は体、２０・・・ロール関節、２１・・・肩ピッチ
関節、２２・・・第１のアーム、２３・・・肘ピッチ関
部、２４・・・第２のアーム、２５・・・手首ピッチ関
節、２６・・・第１のアーム、１１・・・空間駆動制限
区域。出願人代理人　弁理士　静圧武彦第２図

Claims

【特許請求の範囲】

関節の角度からアーム先端部の位置を求めて先端位置計
算手段と、この先端位置計算手段の計算値から前記アー
ム先端部が所定の空間駆動制限区域内に入ったが否かを
判別する空間駆動制限区域選択手段と、前記アーム先端
部の駆動速度の軸成分から前記空間駆動制限区域内にお
ける制限面に対する駆動方向を判別する駆動方向判別手
段と、前記空間駆動制限区域選択手段からの制限区域内
信号及び前記駆動方向判別手段の制限面方向信号に応動
してオンされるスイッチ手段と、このスイッチ手段に連
動して前記アーム先端部の制限速度信号を発生する制限
速度発生手段と、前記制限速度信号と前記駆動速度信号
を比較して絶対地の小さい一方を出力する速度比較手段
と、この速度比較手段の出力を軸成分に分解して移動方
向及び移動速度に再生する軸速度成分再生手段と、この
軸速度成分再生部の出力から関節軸回転速度を求める演
算手段とを具備したことを特徴とするマニピュレータ駆
動装置。