JPS6384888A - ロボツト装置 - 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〕 本発明はロボット装置に係り、特にダイレクトティーチ
に好適なロボット装置に関する。

〔従来の技術〕

ロボット装置として例えば、特開昭５９−２０９７９０
号公報に記載のように、ゴム人工筋アクチュエータなど
で駆動される方式のものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は高速性の点について配慮されておらず、
広い可動範囲を高速に移動することができないという問
題があった。

本発明の目的は広い可動範囲を高速に移動できかつダイ
レクトティーチ可能なロボット装置を提供することにあ
る。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の上記目的は、高速可能な移動体を専用駆動機構
で移動構成し、この移動体に、ゴム人工筋アクチュエー
タで駆動される多関節アーム手段を設けるとともに、駆
動機構にクラッチを設け、駆動力発生機構と移動体とを
機械的に任意に接続切断可能に連続構成することにより
達成される・〔作用〕 ゴム人工筋アクチュエータで駆動される多関節アームを
搭載した高速移動可能な移動体は、駆動機構に設けられ
たクラッチにより、駆動力発生機構から任意に機械的に
接合切断動作する。それにより、ティーチング時は上記
クラッチを切断することにより、容易に移動体を移動す
ることにより教示することができ、プレイバック時は上
記クラッチを接合することにより高速移動動作ができる
ようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の装置の実施例を図面により説明する。

第１図において、ＩＡおよびＩＢは支柱、２Ａおよび２
Ｂは支柱ＩＡおよびＩＢにより支持され、平行に配置さ
れたレール、３は電動モータ、５Ａは電動モータ３に接
続された減速機４により駆動されるスプロケット、６は
スプロケット５Ａおよび５Ｂにより環状に配置され一部
を台車７に接続されたチェーン、７は車ＩＩＱ８Ａ、８
Ｂ、８Ｇ。

８Ｄによりレール２Ａ、２Ｂに沿って移動する台車、た
だし車輪８Ｇ、８Ｄは台車７に対し車輪８Ａ、８Ｂに対
称の位置に配置され図では省略されている。９は台車７
に固定された駆動機構。

１０は駆動機構９に接続され軸１０１を中心に回転する
上腕機構、１２は、上腕機［１０に接続され軸１０２を
中心に回転する前腕機構、１１は上腕機構１０と前腕機
構に接続された可撓性のカバー、１４は前腕機構１２に
接続され軸１０３および１０４を中心に回転する手先機
構、１３は前腕機構１２と手先部材１４に接続された可
撓性カバーである。なお、上腕機構１０および前腕機構
１２はカバーの付いた状態を図に示している。ここで軸
１０１，１０２．１０３の方向はレール２Ａ、２Ｂすな
わち台車７の移動方向Ｘにほぼ一致している。また、手
先機構１４は軸１０４回りにほぼバランスがとれている
６すなわち、Ｘ方向の動き、および軸１０１．軸１０２
回りの動きにより手先機構１４はＸ方向のストローク、
軸１０１および１０２の可動回転角、上腕機構および前
腕機構の長さで決まる可能範囲中の任意の位置に位置決
めできる。また、軸１０３．軸１０４の回転により手先
機構は軸１０３および軸１０４の可動回転角内の任意の
方向に位置決めできる。

第２図は第１図に示した実施例をＡ方向から見た図であ
る。第１図と同一部分は同一符号で示す。

スプロケット５Ａおよび５Ｂにより環状に配置されたチ
ェーン６は固定具１６Ａ、および１６Ｂにより台車７に
接続されている。また１台車７に接続されたケーブルお
よび配管１９はガイド１８に沿って屈曲伸展する。

第３図および第４図はゴム人工筋により駆動されるアー
ム部分のカバーを外した様子を示したものである。２１
Ａ、２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｄは自由度１０１を駆動する
ゴム人工筋であり、一端は駆動機構９の構造体２０に接
続され、２１Ａ。

２１Ｂは駆動軸２４に接続されたブーＩＪ　２３　Ａに
巻か付けられたワイヤロープ２２Ａを介して対向配置さ
れており、同様に２１６，２１Ｄは駆動軸２４に接続さ
れたブーＩＪ　２３　Ｂに巻き付けられたワイヤロープ
２２Ｂを介して対向配置されている。

構造体２０に支持された駆動軸２４は上腕機構１０の構
造体３０に接続されこれを回転する。また、駆動軸２４
の回転角はカップリング３６を介して接続された回転角
度検出器３７により検出する。

３１Ａ、３１Ｔ３，３１Ｇ、３１Ｄは自由度１０２を駆
動するゴム人工筋であり、３１Ａ、３１Ｂの一端は上腕
機構１０の構造体３０にワイヤ３５Ａ。

３５Ｂを介して接続され、他端は駆動軸３４に接続され
たプーリ３３Ａに巻き付けられたワイヤロープ３２Ａを
介して連結され対向配置されており、同様に３１Ｇ、３
１Ｄの一端は上腕機ｎ］０の構造体３０にワイヤ３５Ｃ
，３５ｒ）を介して接続され、他端は駆動軸３４に接続
されたプーリ３３Ｂに巻き付けられたワイヤロープ３２
Ｂを介して連結され対向配置されている。構造体３ｏに
支持された駆動軸３４は前腕機構１２のネｌ造体４０に
接続されておりこれを回転する。また、駆動軸３４の回
転角は駆動軸３４に接続されたプーリ３８Ａ、タイミン
グベルト３６およびプーリ３８Ｂを介して回転角度検出
器３７により検出する。

４１Ａ、４１Ｂは自由度１０３を駆動するゴム人工筋で
あり、４１Ａ、４１Ｂの一端は前腕機構１２の構造体４
０にワイヤ４５Ａ、４５Ｂを介して接続され、他端は駆
動軸４４に接続されたプーリ４３に巻き付けられたワイ
ヤローブ４２を介して連結され対向配置されている。構
造体４０に支持された駆動軸４４は構造体６０に接続さ
れておりこれを回転する。また、駆動軸４４の回転角は
駆動軸４４に接続されたプーリ４８Ａ、タイミングベル
ト４６およびプーリ４８Ｂを介して回転角度検出器４７
により検出する。

５１Ａ、５１Ｂは自由度１０４を駆動するゴム人工筋で
あり、５１Ａ、５１Ｂの一端は前腕機構１２の構造体４
０にワイヤ５５Ａ、５５Ｂを介して接続され、他端はプ
ーリ６１Ａ、６２Ａおよびプーリ６１Ｂ、６２Ｂを介し
て駆動軸５４に接続されたプーリ５３に巻き付けられた
ワイヤローブ５２を介して連結され対向配置されている
。構造体６０に支持された駆動軸５４は手先部材１４の
構造体７０に接続されておりこれを回転する。また、駆
動軸５４の回転角はカップリング５６を介して回転角度
検出器５７により検出する。

したがって、並列配置されたゴム人工筋２１Ａ。

２１Ｃおよび２１Ｂ、２１０のそれぞれの収縮および伸
展により自由度１０１が駆動され、同様に並列配置され
たゴム人工筋３１Ａ、３１Ｇおよび３１Ｂ、３１Ｄのそ
れぞれの収縮および伸展により自由度１０２が駆動され
、ゴム人工筋４１Ａおよび４１Ｂの収縮および伸展によ
り自由度１０３が駆動され、ゴム人工筋５１Ａおよび５
１Ｂの収縮および伸展により自由度１０４が駆動される
。

次に本発明の制御系の一例を第５図に示す。

１３０はロボット制御手段、１３１〜１３５はそれぞれ
軸１０１〜１０５を駆動するサーボ機構をブロックとし
て表わしたものである。１３６は電動モータ３を駆動す
るサーボ機構をブロックとして表わしたものである。信
号θ１１〜θｒ５はロボット制御手段１３０から各サー
ボ機構１３１〜１３５に出力される目標角度信号、信号
θｏ１〜６ｏａはサーボ機構１３１〜１３５からロボッ
ト制御手段１３０に出力され軸１０１〜１０５の動作角
度信号である。またＸ、はロボット制御手段１３０から
サーボ機構１３６に出力される目標位置信号。

ｘｏはサーボ機構１３６からロボット制御手段１３０に
出力される台車７の出力位置信号である。信号Ｓｗはロ
ボット制御手段１３０から各サーボ機構１３１〜１３６
に出力される切換信号である。

次に前述したサーボ機構１３１，１３２，１３３゜１３
４．１３５の具体的構成の例を第６図に示す。

１００１はベース、１００２Ａ、１００２Ｂはそれぞれ
一端をベース１００１に固定された弾性管状構造体で、
この弾性管状構造体１００２Ａ。

１００２Ｂは伸縮性に富むゴムチューブの外周に繊維コ
ードの編組を被覆した構造となっており。

その内部に圧縮流体を供給すると半径方向への膨張を伴
いながら長手方向に収縮する。１００３はベース１００
１に固定されたプーリ保持体、１００４はこのプーリ保
持体１００３に回転可能に設けられたプーリ、１００５
はプーリ１００４と同軸上でブーり保持体１００３に回
転可能に設けられた可動体、１０１０は可動体１００５
の同軸上に結合された回転角検出器、１００６Ａ、１０
０６Ｂはその一端をそれぞれ弾性管状構造体１００２Ａ
。

１００２Ｂに結合したワイヤローブで、その他端はプー
リ１００４にほぼ一周巻き付けたのち、可動体１００５
の先端に固定されている。弾性管状構造体１００２Ａ、
１００２Ｂはそれぞれ管路Ｉ れその内部の圧力を制御される。

すなわち弾性管状構造体１００２Ａの内圧が上昇し弾性
管状構造体１００２Ｂの内圧が低下すると前者は収縮し
、後者は伸展し可動体１０ｏ５は反時計方向に回転する
。逆に弾性管状構造体１００２Ａの内圧が低下し、弾性
管状構造体１００２Ｂの内圧が上昇すると、可動体１０
０５は時計方向に回転する０図中において一点鎖線で示
した。これらベース１００１、弾性管状構造体１００２
Ａ、１００２Ｂ、プーリ保持体１００３゜プーリ１００
４、可動体１００５．ワイヤロープ１００６Ａ、１００
６Ｂからなる機構系を以下。

負荷機構系１ｏ５０と称す。なお、負荷機構系１０５０
は第１図における軸１０１，１０２゜１０３．１０４，
１０５に対応する。

本サーボ機構に対しロボット制御手段１３０から目標角
度信号Ｏｒが入力され、可動体１００５の回転軸に連結
した回転角検出器１０１０から出力される実際の可動体
１００５の動作角Ｏｏが動作角度信号としてフィードバ
ックされる。　１０３０はサーボ補償手段であり、可動
体１００５の動作角Ｏｏのフィードバックによりサーボ
機構を駆動し、比較器１０２３Ａ、１０２３Ｂに差動的
な圧力偏差目標信号ΔＰ、として出力する。１０２５は
切換信号Ｓｗにより制御されるバイアス圧力目標信号発
生器で、このバイアス圧力目標信号発生器１０２５は切
換信号Ｓ、がＯＮの時予め設定したバイアス圧力目標信
号ｐｂ＾、Ｐｂａを第４の比較器１０２３Ａ、１０２３
Ｂに出力する。これらの第４の比較器１０２３Ａ、１０
２３Ｂは第２のループゲイン補償手段１０２２の出力す
る圧力偏差目標信号ΔＰｒ　と、バイアス圧力目標信号
発生器１０２５が出力するバイアス圧力目標信号ｐｂ＾
、Ｐｂａから前述した弾性管状構造体１００２Ａ、ｔｏ
０２Ｂの内圧に対する圧力目標値信号Ｐｒ＾、ＰｒＢを
後述する圧力制御手段１００８Ａ、１００８Ｂに出力す
る。

次に上述した圧力制御手段１００８　Ａ、　１００８Ｂ
の構成および動作の一例を第７図を用いて説明する。こ
の図において、１２０１は管状弾性構造体、１２０２は
先端が分岐した管路、１２０３は管路１２０２に配置さ
れた圧力検出器、１２０４Ａ。

１２０４Ｂは分岐した管路１２０２の先端に配置された
圧力制御弁で圧力源１２０５から圧力流体を供給され、
非出口１２０６に圧力流体を排出する。１２０７Ａ、１
２０７Ｂはそれぞれ圧力制御弁１２０４Ａ、１２０４Ｂ
を駆動するパワアンプ、１２０８Ａ、１２０８Ｂは非線
形関数発生器。

１２０９は圧力目標値信号Ｐｒと圧力検出器１２０３の
出力である圧力信号Ｐとの差である圧力偏差信号Ｐａを
演算し、非線形関数発生器１２０８Ａ。

１２０８Ｂに出力する比較器である。ここで、圧力目標
値信号Ｐｒは第６図ではＰｒ＾、Ｐｒａに相当するもの
である。

いま、圧力目標値信号Ｐｒに対し、圧力検出器２０３の
出力である出力信号Ｐが低いと、圧力偏差信号Ｐｅはプ
ラスとなり、非線形関数発生器１２０８Ｂの出力はゼロ
、非線形関数発生器１２０８Ａは圧力偏差信号Ｐａに比
例した信号をパワアンプ１２０７Ａに出力し、圧力制御
弁１２０４Ａはその信号に比例して弁の弁開度を設定し
、圧力源１２０５から流体が圧力制御弁１２０４Ａ、管
路１２０２を通って管状弾性構造体１２０１に流入し、
管状弾性構造体１２０１の内圧を上げる。逆に、圧力目
標値信号Ｐｒに対し、圧力検出器２０３の出力である圧
力信号Ｐが高いと、圧力偏差信号Ｐｅはマイナスとなり
、非線形関数発生器１２０８Ａの出力はゼロ、非線形関
数発生器１２０８Ｂは圧力偏差信号Ｐａに比例した信号
をパワアンプ１２０７Ｂに出力し、圧力制御弁１２０４
Ｂはその信号に比例して弁の弁開度を設定し、管状弾性
構造体１２０１内部の流体は管路１２０２、圧力制御弁
１２０４Ａを通って排出口１２０６から流出し、管状弾
性構造体１２０１の内圧は下がる。つまり、上記の機構
は圧力目標値信号Ｐｒに追従して管状弾性構造体１２０
１内の圧力が変化する圧力サーボ機構を構成する。

次に第６図に示したサーボ機構の動作を説明する。

目標角度信号θ、と可動体１００５の回転軸の連結した
回転角度検出器１０１０から出力される実際の可動体１
００５の動作角θ０から補償器１０３０は圧力偏差目標
信号ΔＰｒを出力し、比較器１０２３Ａ、１０２３Ｂに
よりバイアス圧力目標信号ｐｂ＾、ＰｂＢとから圧力目
標値信号Ｐｒ＾。

Ｐｒｎが演算される。すなわちそれぞれの圧力制御手段
の圧力目標値は、バイアス圧力ｐｂ＾、Ｐｂａの中心に
差動的に変化し、上述した圧力サーボ機楕の働きでそれ
ぞれの弾性管状構造体の内圧Ｐ＾。

ｐａはそれに追従した差動的に変化し、結果として、可
動体１００５の回転角θ０は目標角度信号Ｏｒにほぼ比
例する。

第８図は減速機４およびサーボ機構３６の具体的構成の
例を示したものであり、３はモータ。

３０１はモータ３に直結された回転角検出器、４は減速
機、３０２はモータ３の出力軸３０２と減速機４の入力
４ｉ１１４０１を結合するカップリング、４０２は減速
機の出力側に直結された空気圧により操作されるクラッ
チ機構、５Ａはクラッチ機構４０２の出力軸４０３に取
り付けられたスプロケット、４０５はスプロケットの回
転角を検出する回転角検出器、４０４はクラッチの出力
軸４０３と回転角検出器４０５の入力軸４０６を結合す
るカップリングである。

本サーボ機構に対しロボット制御手段１３０から目標位
置信号Ｘｒが入力され、クラッチ機構４０２の出力軸４
０３に結合された回転角検出器４０５から出力されるス
プロケット５Ａの回転角すなわち台車７の位ｆｉｌ　Ｘ
　ｏが出力位置信号としてフィードバックされる。５０
０はサーボ補償手段であり、回転角検出器３０１の出力
のフィードバックによりモータ３の駆動電流を制御する
。４０２は空圧源４０８から切換弁４０７を介して空気
圧により制御されるクラッチ機構で、ロボット制御手段
１３０からの切換信号Ｓ、がＯＮの時、切換弁４０７は
作動し、クラッチ機構４０２は減速機４の出力軸とクラ
ッチ機ｆｌ１４０２の出力軸とを機械的に結合する。ロ
ボット制御手段３０からの切換信号ＳｗがＯＦＦの時、
切換弁４０７は作動せず、クラッチ機構４０２は減速機
４の出力軸とクラッチ機構４０２の出力軸とを機種的に
切り離す。

次に上述した本発明のロボット装置の動作を説明する。

第９図は教示モードにおけるロボット制御手段１３０の
動作を示したものであり、２００１にて教示モードのプ
ログラムが始動すると、次に２００２・にて切換信号Ｓ
ｗがＯＦＦとなり、第５図および第６図に示すようにゴ
ム人工筋アクチュエータで駆動されるサーボ機構１３１
〜１３５の各バイアス圧力目標信号発生器１０２５はバ
イアス圧力目標信号ｐｂ＾、Ｐｂａを０とする。同時に
ロボット制御手段１３０は上記サーボ機構１３１〜１３
５に対する目標角度信号Ｏｒｚ〜θｒ６をＯとする。

すなわち、弾性管状ＩＩＪ造体１００２Ａ、１００２Ｂ
の内圧を制御する圧力制御手段１００８Ａ。

１００８Ｂに入力する圧力目標値信号ＰｒＡ＠ＰｒＢは
Ｏとなり弾性管状構造体１００２Ａ、１００２Ｂの内圧
はＯとなり、ゴム人工筋アクチュエータで駆動される多
関節アーム手段の駆動力は０となり。

人力により自由に動かせるようになる。

また、第５図および第８図に示すように切換信号Ｓｗが
ＯＦＦとなることにより切換弁４０７がＯＦＦとなり、
クラッチ機構４０２は減速機４の出力軸とクラッチ機構
４０２の出力軸４０３を機械的に切り離す、同時にロボ
ット制御手段１３０はサーボ機構１３６に入力する目標
位置信号ＸｒをＯとする。これによりスプロケット５Ａ
は容易に回転するようになり、ゴム人工筋により駆動さ
れる多関節アーム手段を搭載した台車７は人力により容
易に動かせるようになる。

人力により、ゴム人工筋により駆動される多関節アーム
および台車７を動かし、手先機構１４の位置および姿勢
を任意に設定し教示点とする。ロボット制御手段の入力
手段により教示点の命令を入力することにより判断ルー
チン２００３により、サーボ機構１３１〜１３５の動作
角度信号Ｏａ１〜θｏ８およびサーボ機構１３６の出力
位置信号Ｘ。

はメモリの所定番地に記憶するルーチン２００４を実行
し教示点判断ルーチン２００３に戻る。教示点命令のな
い場合は、教示モールド終了の判断ルーチン２００５に
より終了命令が入力されれば終了、そうでなければ教示
点判断ルーチン２００３に戻る− 第１０図はプレイバックモールドにおけるロボット制御
手段１３０の動作を示したものであり。

３００１にてプレイバックのプログラムが始動すると、
次に３００２にて切換信号ＳｗがＯＮとなり教示モード
とは逆にゴム人工筋アクチュエータで駆動されるサーボ
機構１３１〜１３５の各バイアス圧力目標信号発生器１
０２５は予め設定したバイアス圧力目標信号ｐｂ＾、ｐ
ｂＢを出力し、切換弁４０７はＯＮとなりクラッチ機構
４０２が動作して減速機４の出力軸とクラッチ機ｎ４０
２の出力軸４０３は機械的に結合される０次に出力ルー
チン３００３において教示モードの記憶ルーチン２００
４で記憶した値を予め設定した周期でサーボ機構１３１
〜１３５に対しては目標角度信号ｏｒ１〜θｒ５、サー
ボ機構１３６に対しては目標位置信号Ｘｏとして順次出
力する。すなわち、サーボ機構１３１〜１３６は教示モ
ードで教示した関節角度および位置とプレイバックし、
教示した手先機構１４の位置およびを姿勢を再現する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ゴム人工筋アクチュエータで駆動され
る多関節アームを搭載した移動体を容易に動かすことが
できるので、ダイレクトティーチングできる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の構造を示した図、第
２図、第３図および第４図は上記実施例の詳細を示した
図、第５図は制御系を示した図、第６図はゴム人工筋を
駆動するサーボ機構を示した図、第７図は空気圧制御機
構図、第８図は減速機の具体例を示した図、第９図およ
び第１０図はロボット制御手段の動作順序を示した図で
ある。 ＬＡ、ＩＢ・・・支柱、２Ａ、２Ｔ３・・・レール、３
・・・電動モータ、４・・・減速機、４０２・・・クラ
ッチ機構、９・・・駆動機構、１０・・・上腕機構、１
２・・・前腕機構、１４・・・手先機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体と、その移動体にゴム人工筋アクチュエータ
   により駆動される複数個のアームを備えたアーム手段と
   から構成されるロボットにおいて、前記移動体の駆動機
   構にクラッチ機構を設け、移動体と駆動力発生手段とを
   任意に機械的に結合または分離する構成としたことを特
   徴とするロボット装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のロボット装置において
   、駆動力発生手段に電動モータを用いたことを特徴とす
   るロボット装置。 ３、特許請求の範囲第１項および第２項記載のロボット
   装置において、クラッチ機構の操作手段と、上記ゴム人
   工筋アクチュエータの圧力制御手段とを連動したことを
   特徴とするロボット装置。