JPWO2017159188A1 - 自重補償用ワイヤを有する多関節マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
Description
−1をワイヤ205−1−1及び205−2−1を弛ませるように駆動させると、リンク201−1のみが上昇する。
τi=(n+1−i)MgL+(1/2)(n+1−i)2mgL (1)
但し、nは関節数
Mはアーム先端質量
mはリンクの質量
Lはリンク長
gは重力加速度
で表せる。ここで、(1)式右辺の第1項はアーム先端荷重Mgを支持するトルクであり、基台103側になると関節数nに比例し、また、(1)式右辺の第2項はアームの自重を支持するトルクであり、基台103側になると関節数nの2乗に比例する。この結果、各関節トルクτiを支えるのに要するワイヤ張力は、図13の(A)に示すごとく、関節番号iが小さい程つまり基台103側程大きくなり、従って、基台103内のアクチュエータ(モータ)が強力かつ高価となり、また、リンクの自重の補償できず、長尺化が困難であるという課題もある。尚、図13の(A)においては、リンク101−1、101−2、…の全長(アーム長)及び全重は15m及び96kgとし、ピッチ軸関節102−1、102−2、…の数nは12とする。
τi=MgL+(n+1/2−i)mgL (2)
で表せる。ここで、(2)式右辺の第1項はアーム先端荷重Mgを支持するトルクであり、関節番号iが小さくなってもつまり基台203側になっても一定であり、また、(1)式右辺の第2項はアームの自重を支持するトルクであり、トルクの干渉のために関節番号iが小さい程つまり基台203側になると関節数nに比例する。この結果、各関節トルクτiを支えるのに要するワイヤ張力は、図13の(B)に示すごとく、基台203側も小さくなり、基台203側のアクチュエータ(モータ)206−1−1、206−1−2;206−2−1、206−2−2;…も強力でないので製造コストを低下させることができる。尚、図13の(B)においても、全長(アーム長)及び全重は15m及び96kgとし、関節数nは12とする。しかしながら、アクチュエータ(モータ)206−1−1、206−1−2;206−2−1、206−2−2;…は依然として強力かつ高価であり、また、リンク自身の自重を補償できず、従って、長尺化が困難であるという課題もある。
5m及び96kgとすれば、カウンタウェイト308又は406の重量は約5600kgにもなる。また、図11、図12に示すごとく、最も重力の影響を受け易い水平に伸展した姿勢の場合には、自重補償トルクは最大となるが、垂直に伸展した姿勢の場合には、自重補償トルクはゼロである。しかし、このような自重補償トルクの変化には対応できないという課題もある。
−1、5−2、…、5−nより太くし、従って、自重補償用ワイヤ8の最大張力を大きくしてある。
m1g、m2g、…を支えるために、各ピッチ軸関節2−1、2−2、…で生成すべき関節トルクτ1、τ2、…を演算する。このとき、動力学を考慮してもよい。
圧力抑制プールである。
2−1、2−2、…、2−n:ピッチ軸関節
2’−2、2’−4、…、2’−(n+1):ヨー軸関節
3:基台
4(1、1)、4(1、2)、…、4(1、n);4(2、2)、4(2、3)、…、4(2、n);…;4(n、n):プーリ
5−1、5−2、…、5−n:ワイヤ
6−1−1、6−1−2;6−2−1、6−2−2;…;6−n−1、6−n−2:アクチュエータ(モータ)
7−1、7−2、…、7−n;7−1−1、7−1−2、7−2−1、7−2−2、…、7−n−1、7−n−2;7’−2、7’−4、…、7’−(n+1):自重補償用プーリ
8、8’:自重補償用ワイヤ
9:空圧アクチュエータ
9a:ロッド
9b:プーリ
9c:エアコンプレッサ
9d:電空レギュレータ
10:制御ユニット
101−1、101−2、…:リンク
102−1、102−2、…:ピッチ軸関節
103:基台
104−1、104−2、…:プーリ
105−1、105−2、…:ワイヤ
201−0:固定リンク
201−1、201−2、…:リンク
202−1、202−2、…:ピッチ軸関節
203:基台
204(1、1)、204(1、2)、204(1、3);204(2、2)、204(2、3)、204(3、3):プーリ
205−1、205−2、205−3、…:ワイヤ
206−1−1、206−1−2;206−2−1、206−2−2;…:アクチュエー
タ(モータ)
L1、L2:4節平行リンク機構
300:基台
301、302:フレーム
303:主リンク
304:副リンク
305、306:自重補償用プーリ
307−1、307−2、…:自重補償用ワイヤ
308:カウンタウェイト
401−0:固定リンク
401−1、401−2、…:リンク
402−1、402−2、…:ピッチ軸関節
403:基台
404−1、404−2、…:自重補償用プーリ
405:自重補償用ワイヤ
405a:端部
406:カウンタウェイト
801:移動台車
802:多関節マニピュレータ
811:原子炉建屋
812:格納容器
812a:穴
813:圧力容器
813a:燃料棒
814:圧力抑制プール
Claims (16)
- 基台と、
n(≧2)個のピッチ軸関節と、
前記ピッチ軸関節によってシリアルに連結され、前記基台に結合された複数のリンクと、
前記基台から第i番目(i=1、2、…、n)のピッチ軸関節に軸着された(n−i+1)個のプーリと、
n個のワイヤであって、第i番目のワイヤは前記第1番目のピッチ軸関節から第i番目のピッチ軸関節に軸着されたプーリに少なくとも1回転して巻き架されたものと、
前記各ワイヤの両端に接続され、前記基台内に設けられ、前記各ワイヤの張力を調整するための複数のアクチュエータと、
前記各関節に軸着された複数のピッチ軸自重補償用プーリと、
前記各ピッチ軸自重補償用プーリに少なくとも1回転して巻き架けられ、前記基台内に導かれた自重補償用ワイヤと、
前記自重補償用ワイヤに接続され、前記基台内に設けられ、前記自重補償用ワイヤの張力を調整するための自重補償用ロッド付アクチュエータと
を具備する多関節マニピュレータ。 - 前記自重補償用ロッド付アクチュエータは前記自重補償用ワイヤの張力をロッドの曲げモーメントで調整する請求項1に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記自重補償用ワイヤは自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド近傍で2分岐され、該2分岐された部分を前記ロッドに対して平行にし、前記ロッドの曲げモーメントを相殺するようにした請求項1に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記自重補償用ワイヤは自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド前方で前記ロッドに対して平行にした請求項1に記載の多関節マニピュレータ。
- さらに、
エアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサと前記自重補償用ロッド付アクチュエータとの間に設けられ、前記エアコンプレッサから前記自重補償用ロッド付アクチュエータへの供給空気圧力を調整するための電空レギュレータと
を具備する請求項1に記載の多関節マニピュレータ。 - 前記ピッチ軸関節は前記基台からの距離に応じて小さくなる請求項1に記載の多関節マニピュレータ。
- さらに、
対象物に合わせて前記各ピッチ軸関節の姿勢角を決定し、前記姿勢角の基で前記多関節マニピュレータの先端荷重及び前記各ピッチ軸関節の自重を支えるために前記各ピッチ軸関節で生成すべきピッチ軸関節トルクを演算し、前記各ピッチ軸関節トルクに対応する前記各アクチュエータで生成する前記各ワイヤの張力の最大値が最も小さくなるように前記各ワイヤの張力及び前記自重補償用ワイヤの張力を演算し、前記各関節トルクに対する前記ワイヤの各張力を生成すべく前記各アクチュエータを駆動しかつ前記自重補償用ワイヤの張力を生成すべく前記自重補償用ロッド付アクチュエータを駆動するための制御ユニットを具備する請求項1に記載の多関節マニピュレータ。 - さらに、
前記n個のピッチ軸関節の隣接する2つのピッチ軸関節の間にリンクを介して設けられた少なくとも1つの第1のヨー軸関節と、
前記n個のピッチ軸関節の最先端側のピッチ軸関節の外側にリンクを介して設けられた第2のヨー軸関節と、
前記第1のヨー軸関節に摺動自在に設けられた1対の第1のヨー軸自重補償用プーリと、
前記第2のヨー軸関節に摺動自在に設けられた第2のヨー軸自重補償用プーリと、
を具備し、
前記各ピッチ軸自重補償用プーリは1対のピッチ軸自重補償用プーリを具備し、
前記自重補償用ワイヤは第1、第2の系統に分岐され、前記第1の系統は前記1対のピッチ軸自重補償用プーリの一方に少なくとも1回転して巻き架けられかつ前記1対のヨー軸自重補償用プーリの一方に架けられ、前記第2の系統は前記1対のピッチ軸自重補償用プーリの他方に少なくとも1回転して巻き架けられかつ前記1対のヨー軸自重補償用プーリの他方に架けられ、前記第1、第2の系統は前記第2のヨー軸自重補償用プーリに架けられて結合した請求項1に記載の多関節マニピュレータ。 - 前記自重補償用ワイヤの分岐された前記第1、第2の系統は前記自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド近傍にて平行にされ、前記ロッドの曲げモーメントを相殺するようにした請求項8に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記自重補償用ワイヤの分岐された前記第1、第2の系統は前記自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド前方にて平行にされた請求項8に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記ピッチ軸関節及び前記ヨー軸関節は前記基台からの距離に応じて小さくなる請求項8に記載の多関節マニピュレータ。
- 基台と、
n(≧2)個のピッチ軸関節と、
前記n個のピッチ軸関節の間に設けられた少なくとも1つの第1のヨー軸関節と、
前記n個のピッチ軸関節の最先端側のピッチ軸関節の外側に設けられた第2のヨー軸関節と、
前記ピッチ軸関節及び前記第1、第2のヨー軸関節によってシリアルに連結され、前記基台に結合された複数のリンクと、
前記基台から第i番目(i=1、2、…、n)のピッチ軸関節に軸着された(n−i+1)個のプーリと、
n個のワイヤであって、第i番目のワイヤは前記第1番目のピッチ軸関節から第i番目のピッチ軸関節に軸着されたプーリに少なくとも1回転して巻き架されたものと、
前記各ワイヤの両端に接続され、前記基台内に設けられ、前記各ワイヤの張力を調整するための複数のアクチュエータと、
前記各ピッチ軸関節に摺動自在に軸着された1対のピッチ軸自重補償用プーリと、
前記第1のヨー軸関節に摺動自在に軸着された1対の第1のヨー軸自重補償用プーリと、
前記第2のヨー軸関節に摺動自在に軸着された第2のヨー軸自重補償用プーリと、
前記各1対のピッチ軸自重補償用プーリの一方に少なくとも1回転して巻き架けられかつ前記1対の第2のヨー軸自重補償用プーリの一方に架けられ、前記第2のヨー軸自重補償用プーリに架けられ、前記各1対のピッチ軸自重補償用プーリの他方に少なくとも1回転して巻き架けられかつ前記1対の第2のヨー軸自重補償用プーリに架けられ、前記基台内に2本に分岐して導かれた自重補償用ワイヤと、
前記自重補償用ワイヤに接続され、前記基台内に設けられ、前記自重補償用ワイヤの張力を調整するための自重補償用ロッド付アクチュエータと
を具備する多関節マニピュレータ。 - 前記自重補償用ワイヤの分岐された2本は前記自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド近傍で平行にされ、前記ロッドの曲げモーメントを相殺するようにした請求項12に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記自重補償用ワイヤの分岐された2本は前記自重補償用ロッド付アクチュエータのロッド前方で平行にされた請求項12に記載の多関節マニピュレータ。
- 前記ピッチ軸関節及び前記第1、第2のヨー軸関節は前記基台からの距離に応じて小さくなる請求項12に記載の多関節マニピュレータ。
- さらに、
対象物に合わせて前記各ピッチ軸関節の姿勢角を決定し、前記姿勢角の基で前記多関節マニピュレータの先端荷重及び前記各ピッチ軸関節の自重を支えるために前記各ピッチ軸関節で生成すべきピッチ軸関節トルクを演算し、前記各ピッチ軸関節トルクに対応する前記各アクチュエータで生成する前記各ワイヤの張力の最大値が最も小さくなるように前記各ワイヤの張力及び前記自重補償用ワイヤの張力を演算し、前記各関節トルクに対する前記ワイヤの各張力を生成すべく前記各アクチュエータを駆動しかつ前記自重補償用ワイヤの張力を生成すべく前記自重補償用ロッド付アクチュエータを駆動するための制御ユニットを具備する請求項12に記載の多関節マニピュレータ。
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